Fundatie cu subsol
Ascensor orbital. Lucrări de cercetare „lift spațial” Ce este un lift spațial

Ascensor orbital. Lucrări de cercetare „lift spațial” Ce este un lift spațial

(GSO) datorită forței centrifuge. Se ridică de-a lungul unui cablu, purtând o sarcină utilă. La ridicare, sarcina va fi accelerată datorită rotației Pământului, ceea ce va permite să fie trimisă dincolo de gravitația Pământului la o altitudine suficient de mare.

Cablul necesită o rezistență la tracțiune extrem de mare, combinată cu o densitate scăzută. Conform calculelor teoretice, nanotuburile de carbon par a fi un material potrivit. Dacă presupunem adecvarea lor pentru fabricarea unui cablu, atunci crearea unui lift spațial este o problemă de inginerie rezolvabilă, deși necesită utilizarea unor dezvoltări avansate și. Crearea liftului este estimată la 7-12 miliarde de dolari. NASA finanțează deja dezvoltări conexe la Institutul American pentru Cercetare Științifică, inclusiv dezvoltarea unui lift capabil să se deplaseze independent de-a lungul unui cablu.

Proiecta

Există mai multe opțiuni de design. Aproape toate includ o bază (bază), cablu (cablu), ascensoare și contragreutate.

Baza

Baza unui lift spațial este locul de pe suprafața planetei unde este atașat cablul și începe ridicarea încărcăturii. Poate fi mobil, plasat pe o navă oceanică.

Avantajul unei baze mobile este capacitatea de a efectua manevre pentru a evita uraganele și furtunile. Avantajele unei baze staționare sunt surse de energie mai ieftine și mai accesibile și capacitatea de a reduce lungimea cablului. Diferența de câțiva kilometri de legătură este relativ mică, dar poate ajuta la reducerea grosimii necesare a părții sale de mijloc și a lungimii părții care se extinde dincolo de orbita geostaționară.

Cablu

Cablul trebuie să fie realizat dintr-un material cu o rezistență la tracțiune extrem de ridicată la raportul de greutate specifică. Un lift spațial va fi justificat din punct de vedere economic dacă un cablu cu o densitate comparabilă cu grafitul și o rezistență de aproximativ 65-120 gigapascali poate fi produs la scară industrială la un preț rezonabil.

Pentru comparație, rezistența majorității tipurilor de oțel este de aproximativ 1 GPa și chiar și cele mai puternice tipuri nu depășesc 5 GPa, iar oțelul este greu. Kevlarul mult mai ușor are o rezistență în intervalul 2,6-4,1 GPa, iar fibra de cuarț are o rezistență de până la 20 GPa și mai mare. Rezistența teoretică a fibrelor de diamant poate fi puțin [pentru cât timp?] superior.

Tehnologia de țesut a unor astfel de fibre este încă la început.

Potrivit unor oameni de știință, chiar și nanotuburile de carbon nu vor fi niciodată suficient de puternice pentru a face un cablu de lift spațial.

Experimentele oamenilor de știință de la Universitatea de Tehnologie din Sydney au făcut posibilă crearea hârtiei grafen. Testele probe sunt încurajatoare: densitatea materialului este de cinci până la șase ori mai mică decât cea a oțelului, în timp ce rezistența la tracțiune este de zece ori mai mare decât cea a oțelului carbon. În același timp, grafenul este un bun conductor de curent electric, ceea ce îi permite să fie folosit pentru a transmite putere către un lift, ca magistrală de contact.

Îngroșarea cablului

Liftul spațial trebuie să suporte cel puțin propria greutate, care este considerabilă datorită lungimii cablului. Îngroșarea, pe de o parte, crește rezistența cablului, pe de altă parte, îi adaugă greutatea și, prin urmare, rezistența necesară. Sarcina asupra acestuia va varia în diferite locuri: în unele cazuri, o secțiune a legăturii trebuie să suporte greutatea segmentelor de dedesubt, în altele trebuie să reziste forței centrifuge care ține părțile superioare ale legăturii pe orbită. Pentru a satisface această condiție și pentru a obține optimitatea cablului în fiecare punct, grosimea acestuia va fi variabilă.

Se poate demonstra că ținând cont de gravitația Pământului și forța centrifugă (dar fără a ține cont de influența mai mică a Lunii și a Soarelui), secțiunea transversală a cablului în funcție de înălțime va fi descrisă prin următoarea formulă:

Iată aria secțiunii transversale a cablului în funcție de distanța de la centru Pământ.

Formula folosește următoarele constante:

Această ecuație descrie o legătură a cărei grosime crește mai întâi exponențial, apoi creșterea sa încetinește la o altitudine de mai multe raze Pământului și apoi devine constantă, ajungând în cele din urmă pe orbita geostaționară. După aceasta, grosimea începe să scadă din nou.

Astfel, raportul dintre zonele secțiunii transversale ale cablului la bază și la GSO ( r= 42.164 km) este:

Înlocuind aici densitatea și rezistența oțelului și diametrul cablului la nivelul solului de 1 cm, obținem un diametru la nivelul GSO de câteva sute de kilometri, ceea ce înseamnă că oțelul și alte materiale cunoscute nouă sunt nepotrivite pentru construirea unui lift.

Rezultă că există patru moduri de a obține o grosime mai rezonabilă a cablului la nivelul GSO:

O altă modalitate este de a face mobilă baza liftului. Deplasarea chiar și la o viteză de 100 m/s va oferi deja un câștig în viteza circulară cu 20% și va reduce lungimea cablului cu 20-25%, ceea ce îl va face mai ușor cu 50% sau mai mult. Dacă „ancorați” cablul pe un avion sau tren supersonic, atunci câștigul în masa cablului nu va mai fi măsurat în procente, ci de zeci de ori (dar pierderile datorate rezistenței aerului nu sunt luate în considerare).

Contragreutate

O contragreutate poate fi creată în două moduri - prin legarea unui obiect greu (de exemplu, un asteroid, o așezare spațială sau un doc spațial) dincolo de orbita geostaționară sau prin extinderea legăturii în sine la o distanță semnificativă dincolo de orbita geostaționară. A doua opțiune a devenit mai populară în ultima vreme, deoarece este mai ușor de implementat și, în plus, este mai ușor să lansați încărcături către alte planete de la capătul unui cablu alungit, deoarece are o viteză semnificativă față de Pământ.

Momentul unghiular, viteză și înclinare

Viteza orizontală a fiecărei secțiuni a cablului crește odată cu înălțimea proporțional cu distanța până la centrul Pământului, atingând prima viteză de evacuare pe orbita geostaționară. Prin urmare, atunci când ridică o sarcină, el trebuie să obțină un moment unghiular suplimentar (viteză orizontală).

Momentul unghiular este dobândit datorită rotației Pământului. La început, liftul se mișcă puțin mai lent decât cablul (efectul Coriolis), „încetinind” cablul și deviând ușor spre vest. La o viteză de urcare de 200 km/h, cablul se va înclina cu 1 grad. Componenta orizontală a tensiunii într-un cablu nevertical trage sarcina în lateral, accelerând-o în direcția est (vezi diagrama) - datorită acestui fapt, liftul dobândește viteză suplimentară. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, cablul încetinește Pământul cu o cantitate mică.

În același timp, influența forței centrifuge obligă cablul să revină într-o poziție verticală favorabilă din punct de vedere energetic, astfel încât să fie într-o stare de echilibru stabil. Dacă centrul de greutate al liftului este întotdeauna deasupra orbitei geostaționare, indiferent de viteza ascensoarelor, acesta nu va cădea.

În momentul în care marfa ajunge la GEO, momentul său unghiular (viteza orizontală) este suficient pentru a lansa încărcătura pe orbită.

La coborârea sarcinii, va avea loc procesul invers, înclinând cablul spre est.

Lansați în spațiu

La capătul cablului la o altitudine de 144.000 km, componenta tangenţială a vitezei va fi de 10,93 km/s, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a părăsi câmpul gravitaţional al Pământului şi a lansa nave către Saturn. Dacă obiectului i se permite să alunece liber de-a lungul vârfului legăturii, acesta va avea suficientă viteză pentru a scăpa de sistemul solar. Acest lucru se va întâmpla din cauza tranziției momentului unghiular total al cablului (și al Pământului) în viteza obiectului lansat.

Pentru a obține viteze și mai mari, puteți prelungi cablul sau accelera sarcina folosind electromagnetism.

Constructie

Construcția se realizează dintr-o stație geostaționară. Acesta este singurul loc unde o navă spațială poate ateriza. Un capăt coboară la suprafața Pământului, întins de forța gravitației. Celălalt, pentru echilibrare, este în sens invers, fiind tras de forța centrifugă. Aceasta înseamnă că toate materialele pentru construcție trebuie să fie ridicate pe orbită geostaționară în mod tradițional, indiferent de destinația mărfii. Adică, costul ridicării întregului ascensor spațial pe orbită geostaționară este prețul minim al proiectului.

Economii din utilizarea unui lift spațial

Probabil, liftul spațial va reduce foarte mult costul trimiterii mărfurilor în spațiu. Ascensoarele spațiale sunt costisitoare de construit, dar costurile lor de operare sunt scăzute, așa că sunt cel mai bine folosite pe perioade lungi de timp pentru volume foarte mari de marfă. În prezent, piața de lansare a încărcăturilor poate să nu fie suficient de mare pentru a justifica construirea unui lift, dar reducerea dramatică a prețului ar trebui să conducă la o varietate mai mare de încărcături. Altă infrastructură de transport - autostrăzi și căi ferate - se justifică în același mod.

Încă nu există un răspuns la întrebarea dacă liftul spațial va returna banii investiți în el sau dacă ar fi mai bine să-l investim în dezvoltarea ulterioară a tehnologiei rachetelor.

Nu trebuie să uităm de limita numărului de sateliți releu pe orbită geostaționară: în prezent, acordurile internaționale permit 360 de sateliți - un releu pe grad unghiular, pentru a evita interferența la difuzarea în banda de frecvență K u. Pentru frecvențele C, numărul de sateliți este limitat la 180.

Această împrejurare explică eșecul comercial real al proiectului, întrucât principalele costuri financiare ale organizațiilor neguvernamentale sunt concentrate pe sateliții releu care ocupă fie o orbită geostaționară (televiziune, comunicații), fie orbite inferioare (sisteme de poziționare globală, observarea resurselor naturale etc.) .

Cu toate acestea, liftul poate fi un proiect hibrid și, pe lângă funcția de livrare a mărfurilor pe orbită, rămâne o bază pentru alte programe de cercetare și comerciale care nu au legătură cu transportul.

Realizări

Din 2005, competiția anuală Space Elevator Games are loc în Statele Unite, organizată de Fundația Spaceward cu sprijinul NASA. Există două categorii în aceste competiții: „cel mai bun cablu” și „cel mai bun robot (lift)”.

În concursul de ridicare, robotul trebuie să depășească o distanță stabilită, urcând pe un cablu vertical cu o viteză nu mai mică decât cea stabilită prin regulament (la competiția din 2007, standardele au fost următoarele: lungime cablu - 100 m, viteza minimă - 2 Domnișoară). Cel mai bun rezultat din 2007 a fost parcurgerea unei distanțe de 100 m cu o viteză medie de 1,8 m/s.

Fondul total de premii pentru competiția Space Elevator Games în 2009 a fost de 4 milioane de dolari.

La concursul de forță pe frânghie, participanții trebuie să furnizeze un inel de doi metri din material rezistent, care cântărește cel mult 2 grame, pe care o instalație specială îl testează pentru rupere. Pentru a câștiga competiția, rezistența cablului trebuie să fie cu cel puțin 50% mai mare în acest indicator decât eșantionul deja disponibil pentru NASA. Până acum, cel mai bun rezultat aparține cablului care a rezistat la o sarcină de până la 0,72 tone.

Competiția nu include Liftport Group, care a câștigat notorietate pentru pretențiile sale de a lansa un lift spațial în 2018 (amânat ulterior în 2031). Liftport își desfășoară propriile experimente, de exemplu, în 2006, un ascensor robotizat a urcat pe o frânghie puternică întinsă cu ajutorul baloanelor. Dintr-un kilometru și jumătate, liftul a reușit să parcurgă doar 460 de metri. În august-septembrie 2012, compania a lansat un proiect de strângere de fonduri pentru noi experimente cu liftul pe site-ul Kickstarter. În funcție de cantitatea colectată, este planificată ridicarea robotului cu 2 sau mai mulți kilometri.

La competiția Space Elevator Games, din 4 noiembrie până în 6 noiembrie 2009, a avut loc în California de Sud, la Centrul de Cercetare a Zborului Dryden, în limitele celebrei baze aeriene Edwards, o competiție organizată de Spaceward Foundation și NASA. Lungimea de testare a cablului a fost de 900 de metri, cablul a fost ridicat cu ajutorul unui elicopter. Conducerea a fost luată de LaserMotive, care a prezentat un lift cu o viteză de 3,95 m/s, care este foarte aproape de viteza cerută. Ascensorul a acoperit întreaga lungime a cablului în 3 minute și 49 de secunde; .

Proiecte similare

Ascensorul spațial nu este singurul proiect care folosește legături pentru a lansa sateliți pe orbită. Un astfel de proiect este Orbital Skyhook. Skyhook folosește o legătură care nu este foarte lungă în comparație cu un ascensor spațial, care se află pe orbită joasă a Pământului și se rotește rapid în jurul părții sale de mijloc. Datorită acestui fapt, un capăt al cablului se mișcă în raport cu Pământul la o viteză relativ scăzută, iar sarcinile de la aeronavele hipersonice pot fi suspendate de acesta. În același timp, designul Skyhook funcționează ca un volant gigant - un acumulator de cuplu și energie cinetică. Avantajul proiectului Skyhook este fezabilitatea acestuia folosind tehnologiile existente. Dezavantajul este că Skyhook folosește energia din mișcarea sa pentru a lansa sateliți, iar această energie va trebui să fie completată cumva.

Lift spațial în diverse lucrări

În filmul din 1972 al URSS Petka in Space, personajul principal inventează un lift spațial.
Una dintre celebrele lucrări ale lui Arthur C. Clarke, Fântânile Raiului, se bazează pe ideea unui lift spațial. În plus, liftul spațial apare în partea finală a celebrei sale tetralogii, A Space Odyssey (3001: The Last Odyssey).
În Star Trek: Voyager episodul 3x19 „Rise”, un lift spațial ajută echipajul să evadeze de pe o planetă cu o atmosferă periculoasă.
Civilization IV are un lift spațial. Acolo este unul dintre „Marile Miracole” de mai târziu.
Romanul științifico-fantastic al lui Timothy Zahn „Vierme de mătase” („Spinneret”, 1985) menționează o planetă capabilă să producă superfibră. Una dintre curse, interesată de planetă, a vrut să obțină această fibră special pentru construcția unui lift spațial.
În romanul științifico-fantastic al lui Frank Schätzing Limit, un lift spațial acționează ca un punct central al intrigii politice în viitorul apropiat.
În dilogia lui Serghei Lukyanenko „Stelele sunt jucării reci”, una dintre civilizațiile extraterestre, aflată în proces de comerț interstelar, a livrat pe Pământ fire grele care ar putea fi folosite pentru a construi un ascensor spațial. Dar civilizațiile extraterestre au insistat exclusiv să le folosească în scopul propus - pentru a ajuta în timpul nașterii.
În romanul științifico-fantastic „Destinat victoriei” de J. Scalzi (ing. Scalzi, Ioan. Războiul bătrânului) sistemele de ascensoare spațiale sunt utilizate în mod activ pe Pământ, numeroase colonii terestre și unele planete ale altor rase inteligente foarte dezvoltate pentru comunicarea cu digurile navelor interstelare.
În romanul științifico-fantastic „Tomorrow Will Be Eternity” de Alexander Gromov, intriga este construită în jurul faptului existenței unui lift spațial. Există două dispozitive - o sursă și un receptor, care, folosind un „fascicul de energie”, sunt capabile să ridice „cabina” ascensorului pe orbită.
Romanul științifico-fantastic al lui Alastair Reynolds „Abyss City” oferă o descriere detaliată a structurii și funcționării ascensorului spațial și descrie procesul de distrugere a acestuia (ca urmare a unui atac terorist).
Romanul științifico-fantastic al lui Terry Pratchett, Strata, prezintă Linia, o moleculă artificială extrem de lungă folosită ca ascensor spațial.
Menționat în melodia grupului Zvuki Mu „Elevator to Heaven”.
La începutul jocului Sonic Colors, Sonic și Tails pot fi văzuți luând liftul spațial pentru a ajunge la Dr. Eggman's Park.
În cartea lui Alexander Zorich „Somnambulist 2” din seria Ethnogenesis, personajul principal Matvey Gumilyov (după ce și-a plantat o personalitate surogat - Maskim Verkhovtsev, pilotul personal al tovarășului Alpha, șeful „Star Fighters”) călătorește într-un lift orbital.
În povestea „Șarpe” a scriitorului de science fiction Alexander Gromov, personajele folosesc un lift spațial „pe drum” de la Lună la Pământ.
În seria de romane științifico-fantastică a lui George R. Martin, „Călătoriile lui Tuf”, pe planeta „S”atlem, un ascensor orbital duce la un planetoid echipat ca un port spațial.

În manga și anime

În cel de-al treilea episod al anime-ului Edo Cyber City, a fost folosit un lift spațial pentru a urca la banca criogenică orbitală.
Battle Angel are un lift spațial ciclopic, la un capăt al căruia se află Sky City of Salem (pentru cetățeni) împreună cu un oraș inferior (pentru non-cetățeni), iar la celălalt capăt este orașul spațial Yeru. O structură similară este situată de cealaltă parte a Pământului.
În anime-ul Mobile Suit Gundam 00, există trei lifturi spațiale, de asemenea, un inel de panouri solare este atașat, ceea ce permite liftului spațial să fie folosit pentru generarea de energie electrică.
În anime-ul Z.O.E. Dolores are un lift spațial și arată, de asemenea, ce s-ar putea întâmpla în cazul unui atac terorist.
Liftul spațial este menționat în seria anime Trinity Blood, în care nava spațială Arc servește drept contragreutate.

Vezi si

Ascensor spațial: 2010 (Engleză) Rusă

Note

Literatură

Yuri Artsutanov „În spațiu - pe o locomotivă electrică”, ziarul „Komsomolskaya Pravda” din 31 iulie 1960.
Alexander Bolonkin „Lansarea și zborul în spațiu fără rachete”, Elsevier, 2006, 488 pag.

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

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

Dragă spațiu

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

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

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

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

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

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

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

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

Marjă de siguranță

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

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

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

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

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

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

Dărâmături și furtuni

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

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

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

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

Fruntea sus!

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

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

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

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

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

În primul rând, este importantă participarea Statelor Unite, a Uniunii Europene, a Chinei, a Japoniei, a Indiei, a Braziliei și, desigur, a Rusiei. Deci, orice ar spune cineva, va trebui să ne așezăm la masa negocierilor și să fumăm pipa păcii. Prin urmare, băieți, să trăim împreună și totul se va rezolva pentru noi!

Adilet URAIMOV

Deși construcția unui lift spațial este deja în limitele capacităților noastre de inginerie, pasiunile din jurul acestei structuri s-au domolit, din păcate, în ultima perioadă. Motivul este că oamenii de știință nu au reușit încă să obțină tehnologia de a produce nanotuburi de carbon cu rezistența necesară la scară industrială.

Ideea lansării mărfurilor pe orbită fără rachete a fost propusă de aceeași persoană care a fondat cosmonautica teoretică - Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Inspirat de Turnul Eiffel pe care l-a văzut la Paris, și-a descris viziunea despre un lift spațial sub forma unui turn de înălțime enormă. Vârful lui ar fi doar pe o orbită geocentrică.

Turnul liftului are la bază materiale rezistente care împiedică compresia – dar ideile moderne pentru ascensoare spațiale încă consideră o versiune cu cabluri care trebuie să aibă rezistență la tracțiune. Această idee a fost propusă pentru prima dată în 1959 de un alt om de știință rus, Yuri Nikolaevich Artsutanov. Prima lucrare științifică cu calcule detaliate asupra unui lift spațial sub formă de cablu a fost publicată în 1975, iar în 1979 Arthur C. Clarke a popularizat-o în lucrarea sa „Fântânile Paradisului”.

Deși nanotuburile sunt în prezent recunoscute ca fiind cel mai rezistent material și singurul potrivit pentru construirea unui lift sub formă de cablu care se întinde de la un satelit geostaționar, rezistența nanotuburilor obținute în laborator nu este încă suficientă pentru a atinge rezistența calculată.

Teoretic, rezistența nanotuburilor ar trebui să fie mai mare de 120 GPa, dar în practică cea mai mare alungire a unui nanotub cu un singur perete a fost de 52 GPa și, în medie, s-au spart în intervalul 30-50 GPa. Un lift spațial necesită materiale cu o rezistență de 65-120 GPa.

La sfârșitul anului trecut, cel mai mare festival american de film documentar, DocNYC, a proiectat filmul Sky Line, care descrie încercările inginerilor americani de a construi un ascensor spațial - inclusiv participanții la competiția NASA X-Prize.

Personajele principale ale filmului sunt Bradley Edwards și Michael Lane. Edwards este un astrofizician care lucrează la ideea ascensorului spațial din 1998. Lane este antreprenor și fondator al LiftPort, o companie care promovează utilizarea comercială a nanotuburilor de carbon.

La sfârșitul anilor 90 și începutul anilor 2000, Edwards, după ce a primit granturi de la NASA, a dezvoltat intens ideea unui lift spațial, calculând și evaluând toate aspectele proiectului. Toate calculele sale arată că această idee este fezabilă - dacă apare doar o fibră suficient de puternică pentru cablu.

Edwards a colaborat pentru scurt timp cu LiftPort pentru a căuta finanțare pentru proiectul liftului, dar din cauza unor dezacorduri interne, proiectul nu s-a materializat niciodată. LiftPort s-a închis în 2007, deși cu un an mai devreme a demonstrat cu succes un robot care urca pe un cablu vertical de o milă, suspendat de baloane, ca parte a unei dovezi de concept pentru o parte din tehnologia sa.

Acel spațiu privat, concentrându-se pe rachete reutilizabile, ar putea înlocui complet dezvoltarea lifturilor spațiale în viitorul apropiat. Potrivit acestuia, liftul spațial este atractiv doar pentru că oferă modalități mai ieftine de a livra marfa pe orbită, iar rachetele reutilizabile sunt dezvoltate tocmai pentru a reduce costul acestei livrări.

Edwards pune stagnarea ideii pe seama lipsei de sprijin real pentru proiect. „Așa arată proiectele pe care sute de oameni împrăștiați în întreaga lume le dezvoltă ca hobby. Nu se vor face progrese serioase până când nu există un sprijin real și un control centralizat”.

Situația cu dezvoltarea ideii unui lift spațial în Japonia este diferită. Țara este renumită pentru evoluțiile sale în domeniul roboticii, iar fizicianul japonez Sumio Iijima este considerat un pionier în domeniul nanotuburilor. Ideea unui lift spațial este aproape națională aici.

Compania japoneză Obayashi promite să livreze un lift pentru spațiu de lucru până în 2050. Directorul executiv al companiei, Yoji Ishikawa, spune că lucrează cu contractori privați și universități locale pentru a îmbunătăți tehnologia existentă pentru nanotuburi.

Ishikawa spune că, deși compania înțelege complexitatea proiectului, nu văd niciun obstacol fundamental în implementarea acestuia. El crede, de asemenea, că popularitatea ideii unui lift spațial în Japonia este cauzată de necesitatea de a avea un fel de idee națională care să unească oamenii pe fundalul situației economice dificile din ultimele două decenii.

Ishikawa este încrezător că, deși o idee de această amploare poate fi realizată cel mai probabil doar prin cooperare internațională, Japonia ar putea deveni locomotiva ei datorită popularității mari a liftului spațial din țară.

Între timp, compania canadiană spațială și de apărare Thoth Technology a primit brevetul american nr. 9.085.897 vara trecută pentru versiunea lor de ascensor spațial. Mai exact, conceptul presupune construirea unui turn care își păstrează rigiditatea datorită gazului comprimat.

Turnul ar trebui să livreze marfă la o înălțime de 20 km, de unde vor fi lansate pe orbită folosind rachete convenționale. Această opțiune intermediară, conform calculelor companiei, va economisi până la 30% din combustibil în comparație cu o rachetă.

Conform calculelor teoretice, acestea par a fi un material potrivit. Dacă presupunem adecvarea lor pentru fabricarea unui cablu, atunci crearea unui lift spațial este o problemă de inginerie rezolvabilă, deși necesită utilizarea unor dezvoltări avansate și. NASA finanțează deja dezvoltări conexe la Institutul American pentru Cercetare Științifică, inclusiv dezvoltarea unui lift capabil să se deplaseze independent de-a lungul unui cablu. Probabil, această metodă în viitor ar putea fi mai ieftină decât utilizarea vehiculelor de lansare.

YouTube enciclopedic

1 / 5

✪ SPAȚIALUL, BILETUL NOSTRU LA SPAȚIU!

✪ Lift spațial către lună | Mare Salt

✪ Lift spațial. Vis și realitate. Sau fantezie?

✪ Un lift spațial de 20 de kilometri va fi construit în Canada

✪ Lift spațial (citit de Alexander Kotov)

Subtitrări

Proiecta

Tehnologia de țesut a unor astfel de fibre este încă la început.

Potrivit unor oameni de știință, chiar și nanotuburile de carbon nu vor fi niciodată suficient de puternice pentru a face un cablu de lift spațial.

În iunie 2013, inginerii de la Universitatea Columbia din SUA au raportat o nouă descoperire: datorită unei noi tehnologii de producere a grafenului, este posibil să se obțină foi cu o dimensiune diagonală de câteva zeci de centimetri și o rezistență cu doar 10% mai mică decât cea teoretică.

Îngroșarea cablului

Liftul spațial trebuie să suporte cel puțin propria greutate, care este considerabilă datorită lungimii cablului. Îngroșarea, pe de o parte, crește rezistența cablului, pe de altă parte, îi adaugă greutatea și, prin urmare, rezistența necesară. Sarcina asupra acestuia va varia în diferite locuri: în unele cazuri, o secțiune a cablului trebuie să reziste la greutatea segmentelor situate dedesubt, în altele trebuie să reziste forței centrifuge care ține părțile superioare ale cablului pe orbită. Pentru a satisface această condiție și pentru a obține optimitatea cablului în fiecare punct, grosimea acestuia va fi variabilă.

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)))\dreapta]\dreapta])

Aici A (r) (\displaystyle A(r))- aria secțiunii transversale a cablului în funcție de distanță r (\displaystyle r) din centru Pământ.

Formula folosește următoarele constante:

Astfel, raportul dintre zonele secțiunii transversale ale cablului la bază și la GSO ( r= 42.164 km) este: 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))) \dreapta])

Înlocuind aici densitatea și rezistența pentru diferite materiale și diferite diametre ale cablurilor la nivelul solului, obținem un tabel cu diametrele cablurilor la nivelul GSO. Trebuie remarcat faptul că calculul a fost efectuat cu condiția ca ascensorul să stea „de unul singur”, fără sarcină - deoarece materialul cablului suferă deja tensiune din cauza propriei greutăți (și aceste sarcini sunt aproape de maximul permis pentru aceasta. material).

Diametrul cablului la GSO, în funcție de diametrul acestuia la nivelul solului,
pentru diverse materiale (calculate cu cea mai recentă formulă), m

Material	Densitate ρ (\displaystyle \rho ), kg÷m 3	Rezistență la tracțiune s (\displaystyle s), Pa	Diametrul cablului la nivelul solului
Material	Densitate ρ (\displaystyle \rho ), kg÷m 3	Rezistență la tracțiune s (\displaystyle s), Pa	1 mm	1 cm	10 cm	1m
Oțel St3 laminat la cald	7760	0,37 10 9	1,31 10 437	1,31 10 438	1,31 10 439	1,31 10 440
Oțel înalt aliat 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
Fibră de carbon modernă	1900	4 10 9	9.269 10 6	92,69 10 6	926,9 10 6	9269 10 6
Nanotuburi de carbon	1900	90 10 9	2.773·10 -3	2.773·10 -2	2.773·10 -1	2.773

Astfel, este nerealist să construiești un lift din oțeluri structurale moderne. Singura cale de ieșire este să căutați materiale cu densități mai mici și/sau rezistențe foarte mari.

De exemplu, masa include pânze de păianjen (mătase de păianjen). Există diverse proiecte exotice pentru obținerea de pânze în „ferme de păianjeni”. Recent, au apărut rapoarte că, cu ajutorul ingineriei genetice, a fost posibilă introducerea unei gene de păianjen în corpul caprei, care codifică o proteină din pânza de păianjen. Acum, laptele unei capre modificate genetic conține proteine de păianjen. Încă nu se știe dacă este posibil să se obțină din această proteină un material asemănător unei pânze de păianjen în proprietățile sale. Dar, potrivit presei, astfel de evoluții sunt în curs

O altă direcție promițătoare este fibra de carbon și nanotuburile de carbon. Fibra de carbon este folosită cu succes în industrie astăzi. Nanotuburile sunt de aproximativ 20 de ori mai puternice, dar tehnologia de producere a acestui material nu a părăsit încă laboratorul. Tabelul a fost construit pe presupunerea că densitatea unui cablu din nanotuburi este aceeași cu cea a fibrei de carbon.

Mai jos sunt enumerate mai multe moduri mai exotice de a construi un lift spațial:

Contragreutate

O contragreutate poate fi creată în două moduri - prin legarea unui obiect greu (de exemplu, un asteroid, o așezare spațială sau un doc spațial) dincolo de orbita geostaționară sau prin extinderea legăturii în sine la o distanță semnificativă dincolo de orbita geostaționară. A doua opțiune este interesantă, deoarece este mai ușor să lansați încărcături către alte planete de la capătul cablului alungit, deoarece are o viteză semnificativă în raport cu Pământul.

Momentul unghiular, viteză și înclinare

Viteza orizontală a fiecărei secțiuni a cablului crește odată cu înălțimea proporțional cu distanța până la centrul Pământului, atingând prima viteză cosmică pe orbită geostaționară. Prin urmare, atunci când ridicați o sarcină, aceasta trebuie să câștige un moment unghiular suplimentar (viteză orizontală).

În același timp, influența forței centrifuge obligă cablul să revină într-o poziție verticală favorabilă din punct de vedere energetic. ], astfel încât va fi într-o stare de echilibru stabil. Dacă centrul de greutate al liftului este întotdeauna deasupra orbitei geostaționare, indiferent de viteza ascensoarelor, acesta nu va cădea.

În momentul în care sarcina utilă ajunge pe orbita geostaționară (GSO), momentul său unghiular este suficient pentru a lansa sarcina utilă pe orbită. Dacă sarcina nu este eliberată de cablu, atunci, oprindu-se vertical la nivelul GSO, aceasta va fi într-o stare de echilibru instabil și, cu o împingere infinitezimală în jos, va părăsi GSO și va începe să cadă pe Pământ cu verticală. accelerație, în timp ce încetinește pe direcția orizontală. Pierderea energiei cinetice din componenta orizontală în timpul coborârii va fi transferată prin cablu către momentul unghiular al rotației Pământului, accelerând rotația acestuia. Când este împinsă în sus, sarcina va părăsi și GSO-ul, dar în direcția opusă, adică va începe să se ridice de-a lungul cablului cu accelerație de la Pământ, atingând viteza finală la capătul cablului. Deoarece viteza finală depinde de lungimea cablului, valoarea acestuia poate fi astfel setată în mod arbitrar. Trebuie remarcat faptul că accelerarea și creșterea energiei cinetice a încărcăturii în timpul ridicării, adică desfășurarea acesteia în spirală, se va produce din cauza rotației Pământului, care va încetini. Acest proces este complet reversibil, adică dacă puneți o sarcină pe capătul cablului și începeți să-l coborâți, comprimându-l într-o spirală, momentul unghiular al rotației Pământului va crește în consecință.

La coborârea sarcinii, va avea loc procesul invers, înclinând cablul spre est.

Lansați în spațiu

La capătul cablului la o altitudine de 144.000 km, componenta tangenţială a vitezei va fi de 10,93 km/s, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a părăsi câmpul gravitaţional al Pământului şi a lansa nave către Saturn. Dacă obiectului i s-ar permite să alunece liber de-a lungul partea superioară a legăturii, ar avea suficientă viteză pentru a scăpa de sistemul solar. Acest lucru se va întâmpla din cauza tranziției momentului unghiular total al cablului (și al Pământului) în viteza obiectului lansat.

Pentru a obține viteze și mai mari, puteți prelungi cablul sau accelera sarcina folosind electromagnetism.

Pe alte planete

Un lift spațial poate fi construit pe alte planete. Mai mult decât atât, cu cât gravitația este mai mică pe planetă și cu cât se rotește mai repede, cu atât este mai ușor de realizat construcția.

De asemenea, este posibil să se extindă un ascensor spațial între două corpuri cerești care orbitează unul pe altul și care se confruntă constant unul cu celălalt (de exemplu, între Pluto și Charon sau între componentele dublu asteroid (90) Antiope. Cu toate acestea, deoarece orbitele lor nu sunt un cerc exact, va fi necesar un dispozitiv pentru schimbarea constantă a lungimii unui astfel de lift. În acest caz, liftul poate fi folosit nu numai pentru transportul de mărfuri în spațiu, ci și pentru „călătorii interplanetare”.

Constructie

Construcția se realizează dintr-o stație geostaționară. Un capăt coboară la suprafața Pământului, întins de forța gravitației. Celălalt, pentru echilibrare, este în sens invers, fiind tras de forța centrifugă. Aceasta înseamnă că toate materialele pentru construcție trebuie să fie livrate pe orbita geostaționară în mod tradițional. Adică, costul livrării întregului ascensor spațial pe orbită geostaționară este prețul minim al proiectului.

Economii din utilizarea unui lift spațial

Probabil, liftul spațial va reduce foarte mult costul trimiterii mărfurilor în spațiu. Ascensoarele spațiale sunt costisitoare de construit, dar costurile lor de operare sunt scăzute, așa că sunt cel mai bine folosite pe perioade lungi de timp pentru volume foarte mari de marfă. În prezent, piața de lansare a mărfurilor nu este suficient de mare pentru a justifica construirea unui lift, dar reducerea dramatică a prețului ar trebui să conducă la o extindere a pieței.

Încă nu există un răspuns la întrebarea dacă liftul spațial va returna banii investiți în el sau dacă ar fi mai bine să-l investim în dezvoltarea ulterioară a tehnologiei rachetelor.

Realizări

În concursul de ridicare, robotul trebuie să parcurgă o distanță stabilită, urcând pe un cablu vertical cu o viteză nu mai mică decât cea stabilită prin regulament (la competiția din 2007, standardele au fost următoarele: lungime cablu - 100 m, viteza minimă - 2 m/s, a cărui viteză trebuie atinsă este de 10 m/s) . Cel mai bun rezultat din 2007 a fost parcurgerea unei distanțe de 100 m cu o viteză medie de 1,8 m/s.

Fondul total de premii pentru competiția Space Elevator Games în 2009 a fost de 4 milioane de dolari.

Competiția nu include Liftport Group, care a câștigat notorietate pentru pretențiile sale de a lansa un lift spațial în 2018 (amânat ulterior în 2031). Liftport își desfășoară propriile experimente, de exemplu, în 2006, un ascensor robotizat a urcat pe o frânghie puternică întinsă folosind baloane. Dintr-un kilometru și jumătate, liftul a reușit să parcurgă doar 460 de metri. În august-septembrie 2012, compania a lansat un proiect de strângere de fonduri pentru noi experimente cu liftul pe site-ul Kickstarter. În funcție de cantitatea colectată, este planificată ridicarea robotului cu 2 sau mai mulți kilometri.

Grupul LiftPort și-a anunțat, de asemenea, disponibilitatea de a construi un lift spațial experimental pe Lună, bazat pe tehnologiile existente. Președintele companiei, Michael Lane, spune că ar putea dura opt ani pentru a construi un astfel de lift. Atenția acordată proiectului a forțat compania să stabilească un nou obiectiv - pregătirea proiectului și strângerea de fonduri suplimentare pentru a începe un studiu de fezabilitate al așa-numitului „ascensor lunar”. Potrivit lui Lane, construcția unui astfel de lift va dura un an și va costa 3 milioane de dolari. Specialiștii NASA au atras deja atenția asupra proiectului LiftGroup. Michael Lane a colaborat cu Agenția Spațială a SUA la un proiect de lift spațial.

Proiecte similare

Ascensorul spațial nu este singurul proiect care folosește legături pentru a lansa sateliți pe orbită. Un astfel de proiect este Orbital Skyhook (cârlig orbital). Skyhook folosește o legătură care nu este foarte lungă în comparație cu un ascensor spațial, care se află pe orbită joasă a Pământului și se rotește rapid în jurul părții sale de mijloc. Datorită acestui fapt, un capăt al cablului se mișcă în raport cu Pământul la o viteză relativ scăzută, iar sarcinile de la aeronavele hipersonice pot fi suspendate de acesta. În același timp, designul Skyhook funcționează ca un volant gigant - un acumulator de cuplu și energie cinetică. Avantajul proiectului Skyhook este fezabilitatea acestuia folosind tehnologiile existente. Dezavantajul este că Skyhook folosește energia din mișcarea sa pentru a lansa sateliți, iar această energie va trebui să fie completată cumva.

Proiectul Stratosphere Network of Skyscrapers. Proiectul este o rețea de lifturi orbitale, unite în hexagoane, care acoperă întreaga planetă. Când treceți la următoarele etape de construcție, suporturile sunt îndepărtate, iar cadrul rețelei de lift este folosit pentru a construi o așezare stratosferică pe ea. Proiectul prevede mai multe zone de habitat.

Lift spațial în diverse lucrări

Cartea lui Robert Heinlein vineri folosește un lift spațial numit „tulpină de fasole”
În filmul din 1972 al URSS Petka in Space, personajul principal inventează un lift spațial.
Una dintre celebrele lucrări ale lui Arthur Clarke, Fântânile Paradisului, se bazează pe ideea unui lift spațial. În plus, liftul spațial apare în partea finală a celebrei sale tetralogii, A Space Odyssey (3001: The Last Odyssey).
În Star Trek: Voyager episodul 3.19, „Rise”, un ascensor spațial ajută echipajul să scape de o planetă cu o atmosferă periculoasă.
Civilization IV are un lift spațial. Acolo este unul dintre „Marile Miracole” de mai târziu.
Romanul științifico-fantastic al lui Timothy Zahn „Vierme de mătase” („Spinneret”, 1985) menționează o planetă capabilă să producă superfibră. Una dintre curse, interesată de planetă, a vrut să obțină această fibră special pentru construcția unui lift spațial.
În romanul științifico-fantastic al lui Frank Schätzing Limit, un lift spațial acționează ca un punct central al intrigii politice în viitorul apropiat.
În dilogia lui Serghei Lukyanenko „Stars - Cold Toys”, una dintre civilizațiile extraterestre, aflată în proces de comerț interstelar, a livrat pe Pământ fire super-puternice care ar putea fi folosite pentru a construi un ascensor spațial. Dar civilizațiile extraterestre au insistat exclusiv să le folosească în scopul propus - pentru a ajuta în timpul nașterii.
În romanul științifico-fantastic al lui J. Scalzi „Condamnat la Victorie” (ing. Scalzi, John. Războiul bătrânului), sistemele de ascensoare spațiale sunt utilizate în mod activ pe Pământ, numeroase colonii pământești și unele planete ale altor rase inteligente foarte dezvoltate pentru comunicarea cu danele navelor interstelare.
În romanul științifico-fantastic „Tomorrow Will Be Eternity” de Alexander Gromov, intriga este construită în jurul faptului existenței unui lift spațial. Există două dispozitive - o sursă și un receptor, care, folosind un „fascicul de energie”, sunt capabile să ridice „cabina” ascensorului pe orbită.
Romanul științifico-fantastic al lui Alastair Reynolds „Abyss City” oferă o descriere detaliată a structurii și funcționării ascensorului spațial și descrie procesul de distrugere a acestuia (ca urmare a unui atac terorist).
Romanul științifico-fantastic al lui Terry Pratchett, Strata, prezintă Linia, o moleculă artificială extrem de lungă folosită ca ascensor spațial.
În romanul științifico-fantastic al lui Graham McNeill, Mechanicum, ascensoarele spațiale sunt prezente pe Marte și se numesc Turnurile Tsiolkovsky.
Menționat în melodia grupului Zvuki Mu „Elevator to Heaven”.
La începutul jocului Sonic Colors, Sonic și Tails pot fi văzuți luând liftul spațial pentru a ajunge la Dr. Eggman's Park.
În cartea lui Alexander Zorich „Somnambulist 2” din seria Etnogenesis, personajul principal Matvey Gumilyov (după ce și-a plantat o personalitate surogat - Maxim Verkhovtsev, pilotul personal al tovarășului Alpha, șeful „Star Fighters”) călătorește într-un lift orbital.
În povestea „Șarpele” a scriitorului de science fiction Alexander Gromov, eroii folosesc un lift spațial „pe drum” de la Lună la Pământ.
În seria de romane science fiction

Astăzi, navele spațiale explorează Luna, Soarele, planetele și asteroizii, cometele și spațiul interplanetar. Dar rachetele alimentate chimic sunt încă un mijloc scump și cu putere redusă de a propulsa sarcini utile dincolo de gravitația Pământului. Tehnologia modernă a rachetelor a atins practic limita capacităților stabilite de natura reacțiilor chimice. A ajuns omenirea într-o fundătură tehnologică? Deloc, dacă te uiți la vechea idee a unui lift spațial.

La origini

Prima persoană care s-a gândit serios la cum să depășească gravitația planetei folosind „pull-up” a fost unul dintre dezvoltatorii de vehicule cu reacție, Felix Zander. Spre deosebire de visătorul și inventatorul baron Munchausen, Zander a propus o opțiune bazată științific pentru un ascensor spațial pentru Lună. Există un punct pe calea dintre Lună și Pământ în care forțele gravitaționale ale acestor corpuri se echilibrează între ele. Se află la o distanță de 60.000 km de Lună. Mai aproape de Lună, gravitația lunară va fi mai puternică decât cea a Pământului, iar mai departe va fi mai slabă. Deci, dacă conectați Luna cu un cablu la un asteroid rămas, să zicem, la o distanță de 70.000 km de Lună, atunci numai cablul va împiedica asteroidul să cadă pe Pământ. Cablul va fi întins în mod constant de forța gravitației, iar de-a lungul lui va fi posibil să se ridice de la suprafața Lunii dincolo de limitele gravitației lunare. Din punct de vedere științific, aceasta este o idee complet corectă. Nu a primit imediat atenția pe care o merita doar pentru că pe vremea lui Zander pur și simplu nu existau materiale din care cablul să nu se rupă sub propria greutate.

„În 1951, profesorul Buckminster Fuller a dezvoltat un pod inelar care plutește liber în jurul ecuatorului Pământului. Tot ceea ce este necesar pentru ca această idee să devină realitate este un lift spațial. Și când îl vom avea? Nu aș vrea să ghicesc, așa că voi adapta un răspuns pe care Arthur Kantrowitz l-a dat când cineva i-a pus o întrebare despre sistemul său de lansare cu laser. Liftul spațial va fi construit la 50 de ani după ce oamenii încetează să râdă de idee.” („Lift spațial: experiment de gândire sau cheie pentru Univers?”, discurs la cel de-al XXX-lea Congres Internațional de Astronautică, München, 20 septembrie 1979.)

Primele idei

Primele succese ale astronauticii au trezit din nou imaginația pasionaților. În 1960, un tânăr inginer sovietic, Yuri Artsutanov, a atras atenția asupra unei caracteristici interesante a așa-numiților sateliți geostaționari (GSS). Acești sateliți se află pe o orbită circulară exact în planul ecuatorului Pământului și au o perioadă orbitală egală cu lungimea zilei terestre. Prin urmare, un satelit geostaționar plutește constant peste același punct de pe ecuator. Artsutanov a propus conectarea GSS cu un cablu la un punct situat sub acesta, pe ecuatorul Pământului. Cablul va fi nemișcat în raport cu Pământul și de-a lungul lui se sugerează ideea lansării unei cabine de lift în spațiu. Această idee strălucitoare a captat multe minți. Celebrul scriitor Arthur C. Clarke a scris chiar și un roman științifico-fantastic, „Fântânile Paradisului”, în care întregul complot este legat de construcția unui lift spațial.

Probleme cu liftul

Astăzi, ideea unui lift spațial pe GSS este deja implementată în SUA și Japonia și chiar și competiții sunt organizate printre dezvoltatorii acestei idei. Principalele eforturi ale designerilor vizează găsirea de materiale din care să fie posibilă realizarea unui cablu de 40.000 km lungime, capabil să suporte nu numai propria greutate, ci și greutatea altor părți structurale. Este grozav că a fost deja inventată o substanță potrivită pentru cablu. Acestea sunt nanotuburi de carbon. Puterea lor este de câteva ori mai mare decât ceea ce este necesar pentru un ascensor spațial, dar încă trebuie să învățăm cum să facem un fir fără defecte din astfel de tuburi lungi de zeci de mii de kilometri. Nu există nicio îndoială că o astfel de problemă tehnică va fi rezolvată mai devreme sau mai târziu.

De la Pământ la orbita joasă a Pământului, mărfurile sunt livrate de rachete tradiționale cu combustibil chimic. De acolo, remorcherele orbitale aruncă marfa pe „platforma inferioară a liftului”, care este ancorată în siguranță printr-un cablu atașat de Lună. Un lift livrează mărfuri pe Lună. Datorită absenței necesității de frânare (și a rachetelor în sine) în ultima etapă și în timpul ascensiunii de pe Lună, sunt posibile economii semnificative de costuri. Dar, spre deosebire de cea descrisă în articol, această configurație repetă practic ideea lui Zander și nu rezolvă problema eliminării sarcinii utile de pe Pământ, păstrând tehnologia rachetelor pentru această etapă.

A doua și serioasă sarcină pe calea construirii unui lift spațial este dezvoltarea unui motor pentru lift și a unui sistem de alimentare cu energie a acestuia. La urma urmei, cabina trebuie să urce 40.000 km fără realimentare până la sfârșitul urcușului! Nimeni nu și-a dat seama încă cum să realizeze acest lucru.

Echilibru instabil

Dar cea mai mare dificultate, chiar de netrecut, pentru un ascensor către un satelit geostaționar este asociată cu legile mecanicii cerești. GSS se află pe orbită minunată doar datorită echilibrului gravitațional și al forței centrifuge. Orice încălcare a acestui echilibru duce la faptul că satelitul își schimbă orbita și își părăsește „punctul permanent”. Chiar și micile neomogenități în câmpul gravitațional al Pământului, forțele de maree ale Soarelui și Lunii și presiunea luminii solare duc la faptul că sateliții aflați pe orbită geostaționară se deplasează în mod constant. Nu există nici cea mai mică îndoială că, sub greutatea sistemului de lift, satelitul nu va putea rămâne pe orbită geostaționară și va cădea. Există, totuși, o iluzie că este posibil să se extindă legătura cu mult dincolo de orbita geostaționară și să plaseze o contragreutate masivă la capătul ei îndepărtat. La prima vedere, forța centrifugă care acționează asupra contragreutății atașate va strânge cablul, astfel încât sarcina suplimentară din cabină care se deplasează de-a lungul acesteia nu va putea schimba poziția contragreutății, iar liftul va rămâne în poziția de lucru. Acest lucru ar fi adevărat dacă, în locul unui cablu flexibil, s-ar folosi o tijă rigidă, neîndoită: atunci energia de rotație a Pământului ar fi transmisă prin tijă către cabină, iar mișcarea acesteia nu ar duce la apariția unei forțe laterale. care nu este compensat de tensiunea cablului. Și această forță va perturba în mod inevitabil stabilitatea dinamică a liftului din apropierea Pământului și se va prăbuși!

Locul de joacă ceresc

Din fericire pentru pământeni, natura ne rezervă o soluție minunată - Luna. Nu numai că Luna este atât de masivă încât nici un lift nu o poate mișca, dar se află și pe o orbită aproape circulară și, în același timp, este mereu în fața Pământului cu o singură parte! Ideea se sugerează pur și simplu - să se întindă un lift între Pământ și Lună, dar să se asigure cablul ascensorului doar la un capăt, pe Lună. Al doilea capăt al cablului poate fi coborât aproape până la Pământ însuși, iar forța gravitației îl va trage ca o sfoară de-a lungul liniei care leagă centrele de masă ale Pământului și ale Lunii. Pur și simplu nu poți permite capătului liber să ajungă la suprafața Pământului. Planeta noastră se rotește în jurul axei sale, datorită căreia capătul cablului va avea o viteză de aproximativ 400 m pe secundă față de suprafața Pământului, adică se va deplasa în atmosferă cu o viteză mai mare decât viteza sunetului. Nicio structură nu poate rezista la o asemenea rezistență a aerului. Dar dacă coborâți vagonul liftului la o înălțime de 30-50 km, unde aerul este destul de rarefiat, rezistența acestuia poate fi neglijată. Viteza cabinei va rămâne de aproximativ 0,4 km/s, iar această viteză este ușor atinsă de stratoplanele moderne de mare altitudine. Zburând până la cabina liftului și andocând cu ea (această tehnică de andocare a fost elaborată de mult atât în construcția de avioane pentru realimentarea în timpul zborului, cât și în navele spațiale), puteți muta încărcătura din partea laterală a stratoplanului în cabină sau înapoi. . După aceasta, cabina liftului își va începe ascensiunea pe Lună, iar stratoplanul se va întoarce pe Pământ. Apropo, mărfurile livrate de pe Lună pot fi pur și simplu aruncate din cabină cu parașuta și ridicate în siguranță pe sol sau în ocean.

Evitarea coliziunilor

Un lift care conectează Pământul și Luna trebuie să rezolve o altă problemă importantă. În spațiul apropiat Pământului există un număr mare de nave spațiale funcționale și câteva mii de sateliți inactivi, fragmentele acestora și alte resturi spațiale. O coliziune între lift și oricare dintre ele ar cauza ruperea cablului. Pentru a evita această problemă, se propune ca partea „inferioară” a cablului, lungă de 60.000 km, să fie ridicată și să o scoateți din zona de mișcare a sateliților Pământului atunci când nu este necesar acolo. Monitorizarea pozițiilor corpurilor în spațiul apropiat de Pământ este destul de capabilă să prezică perioadele în care deplasarea unui vagon de lift în această zonă va fi sigură.

Troliu pentru lift spațial

Liftul spațial către Lună are o problemă serioasă. Cabinele lifturilor convenționale se deplasează cu o viteză de cel mult câțiva metri pe secundă, iar cu această viteză chiar și o ascensiune la o înălțime de 100 km (până la limita inferioară a spațiului) ar trebui să dureze mai mult de o zi. Chiar dacă vă deplasați cu viteza maximă a trenurilor de cale ferată de 200 km/h, călătoria către Lună va dura aproape trei luni. Este puțin probabil să fie solicitat un lift capabil să facă doar două zboruri pe Lună pe an.

Dacă acoperiți cablul cu o peliculă de supraconductor, atunci va fi posibil să vă deplasați de-a lungul cablului pe o pernă magnetică fără contact cu materialul său. În acest caz, va fi posibil să accelerați la jumătatea drumului și să frânați cabina pe jumătate.

Un calcul simplu arată că, cu o valoare a accelerației de 1 g (echivalent cu gravitația obișnuită de pe Pământ), întreaga călătorie către Lună va dura doar 3,5 ore, adică cabina va putea efectua trei zboruri către Lună la fiecare zi. Oamenii de știință lucrează activ la crearea de supraconductori care funcționează la temperatura camerei, iar apariția lor este de așteptat în viitorul apropiat.

A arunca gunoiul

Este interesant de observat că la jumătatea călătoriei viteza cabinei va ajunge la 60 km/s. Dacă, după accelerare, sarcina utilă este decuplată din cabină, atunci cu o astfel de viteză poate fi direcționată către orice punct al sistemului solar, către orice, chiar și pe cea mai îndepărtată planetă. Aceasta înseamnă că liftul către Lună va putea oferi zboruri fără rachete de pe Pământ în cadrul Sistemului Solar.

Iar posibilitatea de a arunca deșeuri dăunătoare de pe Pământ la Soare cu ajutorul unui lift va fi complet exotică. Steaua noastră natală este un cuptor nuclear de o asemenea putere încât orice deșeu, chiar și radioactiv, va arde fără urmă. Așadar, un lift cu drepturi depline către Lună nu poate deveni doar baza expansiunii spațiale a omenirii, ci și un mijloc de curățare a planetei noastre de risipa progresului tehnic.