Melyik fiú nem álmodik arról, hogy űrhajós legyen? Ezt az álmot azonban világszerte csak kevesen tudják megvalósítani, és csak nagyon gazdagok indulhatnak magán űrrepülésen. De 2050-ben szinte bárki pályára kerülhet. Végül Japán azt ígéri, hogy ekkorra elindítja a világelsőt lift az űrbe.

A világűr felfedezésére tett számos erőfeszítés közül külön kiemelhető a japán Obayashi építőipari vállalat kezdeményezése egy orbitális felvonó létrehozására. Ennek a járműnek a szerzők szerint 2050-re kell megjelennie. Ez a legolcsóbb módja annak, hogy embereket és rakományokat szállítsanak az űrbe.

A felvonó 200 kilométeres óránkénti sebességgel halad majd egy ultraerős és ultrakönnyű kábelen, amely a földfelszínről egy távoli orbitális állomásra vezet, ahol nemcsak tudományos laboratórium, hanem egy űrturisták számára kialakított szálloda is helyet kap majd. , akikből ennek a közlekedési módnak az eljövetelével százszor vagy akár ezerszer több lesz, mint amennyi korunkban létezik.

Obayashi merész ígéretét olyan új anyagok kifejlesztése teszi lehetővé, amelyek az acélnál százszor erősebb szálakat hozhatnak létre. És ezek a technológiák minden új évben, minden új hónapban fejlődnek.

Évente rendeznek nemzetközi műszaki versenyeket is, amelyeken a résztvevők egy űrlift megvalósításának ötletein dolgoznak. Új anyagokat és innovatív technológiákat fejlesztenek ki a rakomány pályára szállítására. Ugyanakkor az ötletek évről évre világosabbá és ígéretesebbé válnak.

A fent leírt tényezők kombinációja éppen az, ami lehetővé teszi az Obayashi Corporation számára, hogy lenyűgöző állításokat tegyen egy orbitális felvonó 2050-re történő elindításának lehetőségéről.

Manapság az űrszondák a Holdat, a Napot, a bolygókat és aszteroidákat, az üstökösöket és a bolygóközi teret fedezik fel. A vegyi tüzelésű rakéták azonban még mindig drága és kis teljesítményű eszközök a Föld gravitációját meghaladó rakományok meghajtására. A modern rakétatechnika gyakorlatilag elérte a kémiai reakciók természete által megszabott képességek határát. Technológiai zsákutcába jutott az emberiség? Egyáltalán nem, ha megnézzük az űrlift régi elképzelését.

Az eredeteknél

Felix Zander, a sugárhajtású járművek egyik fejlesztője volt az első ember, aki komolyan elgondolkodott azon, hogy miként lehetne legyőzni a bolygó gravitációját „felhúzással”. Az álmodozó és feltaláló báró Münchausennel ellentétben Zander tudományosan megalapozott lehetőséget javasolt a Hold űrliftjére. A Hold és a Föld közötti úton van egy pont, ahol e testek gravitációs erői kiegyenlítik egymást. 60 000 km-re található a Holdtól. A Holdhoz közelebb a Hold gravitációja erősebb lesz, mint a Földé, távolabb pedig gyengébb lesz. Tehát ha összeköti a Holdat egy kábellel valamilyen aszteroidával, amely mondjuk 70 000 km-re van a Holdtól, akkor csak a kábel akadályozza meg, hogy az aszteroida lezuhanjon a Földre. A kábelt a gravitációs erő folyamatosan feszíti majd, és ennek mentén a Hold felszínéről a holdgravitáció határain túl is fel lehet majd emelkedni. Tudományos szempontból ez teljesen helyes gondolat. Csak azért nem kapta meg azonnal a megérdemelt figyelmet, mert Zander idejében egyszerűen nem volt olyan anyag, amelytől a kábel saját súlya alatt ne tört volna el.

„1951-ben Buckminster Fuller professzor kifejlesztett egy szabadon lebegő gyűrűhidat a Föld egyenlítője körül. Ennek az ötletnek a megvalósításához mindössze egy űrliftre van szükség. És mikor lesz nálunk? Nem szeretnék találgatni, ezért adaptálok egy választ, amelyet Arthur Kantrowitz adott, amikor valaki kérdést tett fel neki a lézeres kilövőrendszerével kapcsolatban. Az űrliftet 50 évvel azután építik meg, hogy az emberek abbahagyják a nevetést az ötleten.” („Űrlift: gondolatkísérlet vagy kulcs az Univerzumhoz?”, beszéd a XXX Nemzetközi Asztronautikai Kongresszuson, München, 1979. szeptember 20.)

Első ötletek

Az asztronutika legelső sikerei ismét felébresztették a rajongók fantáziáját. 1960-ban egy fiatal szovjet mérnök, Jurij Arcutanov felhívta a figyelmet az úgynevezett geostacionárius műholdak (GSS) egy érdekességére. Ezek a műholdak körpályán állnak pontosan a Föld egyenlítőjének síkjában, és keringési periódusuk megegyezik a Föld napjának hosszával. Ezért egy geostacionárius műhold folyamatosan lebeg az egyenlítő ugyanazon pontja felett. Artsutanov azt javasolta, hogy a GSS-t kábellel kössék össze a földi egyenlítőn alatta található ponttal. A kábel a Földhöz képest mozdulatlan lesz, és mellette felvetődik egy liftkabin világűrbe indítása. Ez a ragyogó ötlet sokakat megragadt. A híres író, Arthur C. Clarke még egy tudományos-fantasztikus regényt is írt, A Paradicsom szökőkútjai címmel, amelyben az egész cselekmény egy űrlift építéséhez kapcsolódik.

Lift problémák

Ma már az Egyesült Államokban és Japánban valósítják meg a GSS űrlift ötletét, sőt versenyeket is szerveznek ennek az ötletnek a kidolgozói között. A tervezők fő erőfeszítései arra irányulnak, hogy olyan anyagokat találjanak, amelyekből 40 000 km hosszú kábelt lehet készíteni, amely nemcsak saját súlyát, hanem más szerkezeti részek súlyát is képes elviselni. Nagyszerű, hogy már feltaláltak egy megfelelő anyagot a kábelhez. Ezek szén nanocsövek. Erősségük többszöröse egy űrlifthez szükségesnek, de még meg kell tanulnunk, hogyan készítsünk hibamentes menetet ilyen több tízezer kilométer hosszú csövekből. Kétségtelen, hogy egy ilyen technikai probléma előbb-utóbb megoldódik.

A Földről az alacsony Föld körüli pályára a rakományt hagyományos vegyi üzemanyag-rakéták szállítják. Innen orbitális vontatóhajók rakományt ejtenek az „alsó liftplatformra”, amelyet biztonságosan rögzítenek a Holdhoz rögzített kábellel. Egy lift szállítja a rakományt a Holdra. A fékezés (és maguk a rakéták) hiánya miatt az utolsó szakaszban és a Holdról való felemelkedés során jelentős költségmegtakarítás érhető el. De a cikkben leírtaktól eltérően ez a konfiguráció gyakorlatilag megismétli Zander ötletét, és nem oldja meg a hasznos teher eltávolításának problémáját a Földről, megőrizve a rakétatechnológiát ebben a szakaszban.

A második és szintén komoly feladat az űrlift építése felé vezető úton a felvonó motorjának és energiaellátásának rendszerének kifejlesztése. Hiszen az utastérnek 40 000 km-t kell felmásznia tankolás nélkül a mászás legvégéig! Még senki sem találta ki, hogyan lehet ezt elérni.

Instabil egyensúly

De a legnagyobb, sőt leküzdhetetlen nehézség a geostacionárius műholdhoz vezető lift számára az égi mechanika törvényeihez kötődik. A GSS csak a gravitáció és a centrifugális erő egyensúlyának köszönhetően áll csodálatos pályáján. Ennek az egyensúlynak a megsértése ahhoz vezet, hogy a műhold megváltoztatja pályáját, és eltávolodik „álláspontjától”. Még a Föld gravitációs mezőjének kis inhomogenitásai, a Nap és a Hold árapály-ereje, valamint a napfény nyomása is oda vezet, hogy a geostacionárius pályán lévő műholdak folyamatosan sodródnak. A legcsekélyebb kétség sem fér hozzá, hogy a felvonórendszer súlya alatt a műhold nem tud geostacionárius pályán maradni, és lezuhan. Van azonban egy olyan illúzió, hogy lehetséges a hevedert messze túlnyúlni a geostacionárius pályán, és egy hatalmas ellensúlyt helyezni a távoli végére. Az első pillantásra a csatolt ellensúlyra ható centrifugális erő megfeszíti a kábelt úgy, hogy a mellette mozgó kabinból érkező többletterhelés nem tudja megváltoztatni az ellensúly helyzetét, és a felvonó munkahelyzetben marad. Ez akkor lenne igaz, ha hajlékony kábel helyett merev, nem hajlító rudat használnának: akkor a Föld forgási energiája a rúdon keresztül a kabinba kerülne, és annak mozgása nem vezetne oldalirányú erő megjelenéséhez. amit nem kompenzál a kábel feszültsége. Ez az erő pedig elkerülhetetlenül megzavarja a Földközeli lift dinamikus stabilitását, és össze fog esni!

Mennyei játszótér

A földiek szerencséjére a természet csodálatos megoldást tartogat számunkra - a Holdat. A Hold nemcsak olyan masszív, hogy liftek sem tudják mozgatni, hanem szinte körpályán is áll, ugyanakkor mindig az egyik oldalával a Föld felé néz! Az ötlet egyszerűen azt sugallja, hogy ki kell feszíteni egy liftet a Föld és a Hold közé, de a liftkábelt csak az egyik végével rögzíteni, a Holdon. A kábel második vége szinte magához a Földhöz ereszthető, és a gravitációs erő zsinórként húzza végig a Föld és a Hold tömegközéppontját összekötő vonalon. A szabad vége nem érheti el a Föld felszínét. Bolygónk forog a tengelye körül, aminek köszönhetően a kábel végének a Föld felszínéhez képest másodpercenként körülbelül 400 m sebességgel fog haladni, vagyis a hangsebességnél nagyobb sebességgel mozog a légkörben. Ilyen légellenállást egyetlen szerkezet sem tud ellenállni. De ha leengedi a liftfülkét 30-50 km magasra, ahol meglehetősen ritka a levegő, akkor az ellenállása elhanyagolható. Az utastér sebessége körülbelül 0,4 km/s marad, és ezt a sebességet a modern magaslati sztratoplánok könnyen elérik. Felrepülve a liftfülkébe és kikötve vele (ezt a dokkoló technikát már régóta kidolgozták a repülőgép-építésben a repülés közbeni tankolásnál és az űrhajókban is) a rakományt a sztratoplán oldaláról a kabinba vagy vissza mozgathatja. . Ezt követően a liftfülke megkezdi feljutását a Holdra, a sztratoplán pedig visszatér a Földre. A Holdról szállított rakományt egyébként ejtőernyővel egyszerűen le lehet ejteni a kabinból, és épségben fel lehet venni a földön vagy az óceánban.

Az ütközések elkerülése

A Földet és a Holdat összekötő liftnek még egy fontos problémát kell megoldania. A Föld-közeli űrben nagyszámú működő űrhajó és több ezer inaktív műhold található, ezek töredékei és egyéb űrtörmelékei. A felvonó és bármelyik ütközés esetén a kábel elszakadna. Ennek elkerülése érdekében javasolják a kábel „alsó” 60 000 km hosszú részének emelhetővé tételét és eltávolítását a földi műholdak mozgási zónájából, amikor ott nincs rá szükség. A testek helyzetének megfigyelése a Föld-közeli térben eléggé képes megjósolni azokat az időszakokat, amikor a liftfülkék mozgása ezen a területen biztonságos lesz.

Csörlő űrlifthez

A Holdra tartó űrliftnek komoly problémája van. A hagyományos felvonók kabinjai legfeljebb néhány méter/másodperc sebességgel mozognak, és ennél a sebességnél még a 100 km-es magasságba (a tér alsó határáig) való feljutás is több mint egy napot vesz igénybe. Még ha a vasúti szerelvények maximális, 200 km/órás sebességével halad is, az út a Holdra csaknem három hónapig tart. Valószínűleg nem lesz kereslet egy olyan liftre, amely évente csak kétszer repül a Holdra.

Ha a kábelt szupravezető fóliával fedi le, akkor a kábel mentén egy mágneses párnán mozoghat anélkül, hogy érintkezne az anyagával. Ebben az esetben lehetséges lesz az út felénél gyorsítani és félúton fékezni az utasteret.

Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy 1 g-os gyorsulással (amely a Földön megszokott gravitációval egyenértékű) a teljes Holdra vezető út mindössze 3,5 órát vesz igénybe, vagyis a kabin naponta három repülést tud majd végrehajtani a Holdra . A tudósok aktívan dolgoznak szobahőmérsékleten működő szupravezetők létrehozásán, amelyek megjelenésére belátható időn belül lehet számítani.

Kidobni a szemetet

Érdekes megjegyezni, hogy az út felénél az utastér sebessége eléri a 60 km/s-t. Ha a gyorsítás után a hasznos terhet leakasztják a kabinból, akkor ilyen sebességgel a Naprendszer bármely pontjára, bármely, akár a legtávolabbi bolygóra irányítható. Ez azt jelenti, hogy a Holdra tartó lift képes lesz rakétamentes repüléseket biztosítani a Földről a Naprendszeren belül.

Az a lehetőség pedig, hogy a Földről lifttel a Napba dobják a káros hulladékot, teljesen egzotikus lesz. Őshonos csillagunk egy olyan erejű nukleáris kemence, hogy minden hulladék, még a radioaktív is, nyomtalanul el fog égni. Tehát egy teljes értékű felvonó a Holdra nemcsak az emberiség térbővítésének alapja lehet, hanem eszköze is lehet bolygónk megtisztításának a technikai haladás hulladékától.

(GSO) miatt centrifugális erő. Kábel mentén emelkedő, hordozás hasznos teher. Emelkedéskor a terhelés felgyorsul a Föld forgása miatt, ami lehetővé teszi, hogy kellően nagy magasságban a Föld gravitációján túlra kerüljön.

A kábelhez rendkívül nagy kell szakítószilárdság alacsony sűrűséggel kombinálva. Szén nanocsövek Az elméleti számítások szerint megfelelő anyagnak tűnnek. Ha feltételezzük, hogy alkalmasak kábelgyártásra, akkor az űrlift kialakítása megoldható mérnöki probléma, bár ehhez fejlett fejlesztések, ill. A lift létrehozását 7-12 milliárd dollárra becsülik. NASA már finanszírozza az Amerikai Tudományos Kutatóintézet releváns fejlesztéseit, köztük a kábel mentén önállóan mozgatni képes felvonó fejlesztését.

Tervezés

Számos tervezési lehetőség létezik. Szinte mindegyik tartalmaz alapot (alapot), kábelt (kábelt), emelőket és ellensúlyt.

Bázis

Az űrlift alapja az a hely a bolygó felszínén, ahol a kábelt rögzítik, és megkezdődik a rakomány emelése. Lehet mobil, óceánjáró hajóra helyezve.

A mozgatható alap előnye, hogy képes kikerülni a manővereket hurrikánokés viharok. A helyhez kötött bázis előnyei az olcsóbb és könnyebben hozzáférhető energiaforrások, valamint a kábel hosszának csökkentése. A néhány kilométeres kötél különbsége viszonylag kicsi, de segíthet csökkenteni a középső részének szükséges vastagságát és a geostacionárius pályán túlnyúló rész hosszát.

Kábel

A kábelnek rendkívül magas szakítószilárdságú és fajsúlyú anyagból kell készülnie. Az űrlift akkor lesz gazdaságilag indokolt, ha ipari méretekben ésszerű áron lehet előállítani egy hasonló sűrűségű kábelt. grafit, és körülbelül 65-120 erősségű gigapascal.

Ehhez képest a legtöbb típus erőssége válik- körülbelül 1 GPa, és még a legerősebb típusok esetében sem több, mint 5 GPa, és az acél nehéz. Sokkal könnyebb Kevlár szilárdsága 2,6-4,1 GPa tartományba esik, ill kvarc szálak - akár 20 GPa és magasabb. Elméleti erő gyémánt kevés szál lehet [meddíg?] magasabb.

Az ilyen szálak szövésének technológiája még gyerekcipőben jár.

Egyes tudósok szerint még a szén nanocsövek sem lesznek soha elég erősek ahhoz, hogy űrlift kábelt készítsenek.

A Sydney-i Műszaki Egyetem tudósainak kísérletei lehetővé tették a létrehozást grafén papír. A mintavizsgálatok biztatóak: az anyag sűrűsége ötször-hatszor kisebb, mint az acélé, a szakítószilárdsága pedig tízszer nagyobb, mint a szénacélé. Ugyanakkor a grafén jó elektromos áramvezető, ami lehetővé teszi, hogy áramot adjon fel egy felvonóhoz, mint kontaktbusz.

A kábel vastagítása

A térliftnek legalább a saját súlyát el kell viselnie, ami a kábel hosszából adódóan jelentős. A vastagítás egyrészt növeli a kábel szilárdságát, másrészt növeli a kábel súlyát, így a szükséges szilárdságot. A rajta lévő terhelés különböző helyeken változik: bizonyos esetekben a kábel szakaszának ki kell bírnia az alatta lévő szegmensek súlyát, másokban pedig ki kell bírnia centrifugális erő, pályán tartja a heveder felső részeit. Ennek a feltételnek a kielégítése és a kábel optimálisságának elérése érdekében minden ponton a kábel vastagsága változó lesz.

Kimutatható, hogy a Föld gravitációs és centrifugális erejét figyelembe véve (de nem a Hold és a Nap kisebb befolyását figyelembe véve) a kábel magasságtól függő keresztmetszete a következő képlettel lesz leírható:

Itt látható a kábel keresztmetszete a távolság függvényében központ Föld.

A képlet a következő állandókat használja:

Ez az egyenlet egy hengert ír le, amelynek vastagsága először exponenciálisan növekszik, majd növekedése több földi sugarú magasságban lelassul, majd állandóvá válik, végül eléri a geostacionárius pályát. Ezt követően a vastagság ismét csökkenni kezd.

Így a kábel keresztmetszeti területeinek aránya az alapnál és a GSO-nál ( r= 42 164 km) a következő:

Itt helyettesítve az acél sűrűségét és szilárdságát, valamint a kábel 1 cm-es talajszinti átmérőjét, több száz kilométeres GSO-szintű átmérőt kapunk, ami azt jelenti, hogy az acél és más, általunk ismert anyagok alkalmatlanok a kábel építésére. lift.

Ebből következik, hogy a GSO-szinten négyféleképpen lehet ésszerűbb kábelvastagságot elérni:

Egy másik módszer a lift alapja mozgathatóvá tétele. Már 100 m/s sebességgel is haladva már 20%-kal növeli a körsebességet, és 20-25%-kal csökkenti a kábelhosszt, ami 50%-kal vagy még ennél is könnyebbé teszi. Ha a kábelt szuperszonikus repülőgépen vagy vonaton rögzíti, akkor a kábeltömeg-növekedést már nem százalékban, hanem több tucatszor mérjük (de a légellenállásból eredő veszteségeket nem vesszük figyelembe).

Ellensúly

Ellensúlyt kétféleképpen lehet létrehozni - nehéz tárgy rögzítésével (pl. kisbolygó , tér település vagy űrkikötő). A második lehetőség az utóbbi időben egyre népszerűbb, mert könnyebben kivitelezhető, ráadásul egy megnyúlt kábel végéről könnyebben lehet más bolygókra rakományokat indítani, hiszen a Földhöz képest jelentős sebességgel rendelkezik.

Szögnyomaték, sebesség és dőlésszög

A kábel egyes szakaszainak vízszintes sebessége a magassággal növekszik a Föld középpontjának távolságával arányosan, és geostacionárius pályára ér. szökési sebesség. Ezért a teher felemelésekor továbbiakat kell kapnia perdület(vízszintes sebesség).

A szögimpulzus a Föld forgása miatt keletkezik. Eleinte a felvonó valamivel lassabban mozog, mint a kötél ( Coriolis hatás), ezáltal „lelassítja” a kábelt, és kissé nyugat felé tereli. 200 km/h emelkedési sebességnél a kábel 1 fokkal megdől. A nem függőleges kábelben lévő feszültség vízszintes összetevője oldalra húzza a terhet, felgyorsítva azt keleti irányba (lásd az ábrát) - ennek köszönhetően a felvonó további sebességet kap. Által Newton harmadik törvénye a kötél kis mértékben lelassítja a Földet.

Ugyanakkor a centrifugális erő hatása arra kényszeríti a kábelt, hogy visszatérjen egy energetikailag kedvező függőleges helyzetbe, így stabil egyensúlyi állapotba kerüljön. Ha a felvonó súlypontja mindig a geostacionárius pálya felett van, függetlenül a felvonók sebességétől, akkor nem fog leesni.

Mire a rakomány eléri a GEO-t, szögimpulzusa (vízszintes sebessége) elegendő ahhoz, hogy a rakományt pályára állítsa.

A terhelés leeresztésekor fordított folyamat megy végbe, a kábelt kelet felé döntve.

Indulás az űrbe

A kábel végén, 144 000 km magasságban a sebesség érintőleges összetevője 10,93 km/s lesz, ami több mint elég ahhoz, hogy elhagy A Föld gravitációs mezeje és a hajók indítása felé Szaturnusz. Ha egy tárgy szabadon csúszhat a kábel tetején, akkor elegendő sebessége lesz a kiszabaduláshoz Naprendszer. Ez a kábel (és a Föld) teljes szögimpulzusának az elindított tárgy sebességébe való átmenetének köszönhető.

A még nagyobb sebesség elérése érdekében meghosszabbíthatja a kábelt vagy felgyorsíthatja a terhelést elektromágnesességgel.

Építkezés

Az építkezés geostacionárius állomásról történik. Ez az egyetlen hely, ahol egy űrhajó leszállhat. Az egyik vége leereszkedik a Föld felszínére, a gravitációs erő megfeszítve. A másik, az egyensúlyozáshoz, ellenkező irányú, centrifugális erő húzza. Ez azt jelenti, hogy minden építkezéshez szükséges anyagot a hagyományos módon geostacionárius pályára kell emelni, függetlenül a rakomány rendeltetési helyétől. Vagyis a teljes űrlift geostacionárius pályára emelésének költsége a projekt minimális ára.

Megtakarítás az űrlift használatából

Feltehetően az űrlift nagymértékben csökkenti a rakomány világűrbe küldésének költségeit. Az űrlifteket drága megépíteni, de üzemeltetési költségeik alacsonyak, ezért a legjobb hosszú ideig használni őket nagyon nagy rakománymennyiség esetén. Jelenleg a rakományok indításának piaca nem biztos, hogy elég nagy ahhoz, hogy indokolja a felvonó építését, de az ár drámai csökkenése a rakományok változatosabbá tételéhez vezet. Más közlekedési infrastruktúra - autópályák és vasutak - ugyanígy igazolják magukat.

Továbbra sincs válasz arra a kérdésre, hogy az űrlift megtéríti-e a belefektetett pénzt, vagy jobb lenne a rakétatechnika továbbfejlesztésébe fektetni.

Nem szabad megfeledkeznünk a geostacionárius pályán lévő közvetítő műholdak számának korlátjáról sem: jelenleg a nemzetközi megállapodások 360 műholdat engedélyeznek - szögfokonként egy közvetítőt, a K u -frekvenciasávban történő sugárzás elkerülése érdekében. A C frekvenciákon a műholdak száma 180-ra korlátozódik.

Ez a körülmény magyarázza a projekt valódi kereskedelmi kudarcát, mivel a civil szervezetek fő pénzügyi költségei a geostacionárius pályát (televízió, kommunikáció) vagy alacsonyabb pályát (globális helymeghatározó rendszerek, természeti erőforrások megfigyelése stb.) elfoglaló közvetítő műholdakra összpontosulnak. .

A felvonó azonban hibrid projekt lehet, és a teher pályára állítása mellett más, nem a szállításhoz kapcsolódó kutatási és kereskedelmi programok bázisa is maradhat.

Eredmények

2005 óta minden évben megrendezik az Egyesült Államokban a Space Elevator Games versenyt, amelyet a Spaceward Alapítvány szervez, támogatásával. NASA. Ezeken a versenyeken két kategória van: „legjobb kábel” és „legjobb robot (lift)”.

Az emelőversenyben a robotnak meghatározott távolságot kell leküzdenie, függőleges kábelen a szabályokban meghatározott sebességnél nem kisebb sebességgel (a 2007-es versenyen a szabványok a következők voltak: kábelhossz - 100 m, minimális sebesség - 2 Kisasszony). 2007 legjobb eredménye 100 m-es táv megtétele volt 1,8 m/s átlagsebességgel.

A Space Elevator Games verseny teljes díjalapja 2009-ben 4 millió dollár volt.

A kötélerős versenyen a résztvevőknek egy 2 grammnál nem nagyobb, nagy teherbírású anyagból készült, kétméteres gyűrűt kell biztosítaniuk, amelynek szakadását speciális szerelési próbák végzik. A verseny megnyeréséhez a kábel szilárdságának legalább 50%-kal nagyobbnak kell lennie ebben a mutatóban, mint a NASA rendelkezésére álló minta. Eddig a legjobb eredményt az a kábel érte el, amely akár 0,72 tonnás terhelést is bírt.

A versenyben nem szerepel a Liftport Group, amely azzal szerzett hírnevet, hogy 2018-ban (később 2031-re tolták) űrliftet indít. A Liftport saját kísérleteket végez, 2006-ban például egy robotlift mászott fel egy léggömbök segítségével kifeszített erős kötélre. A felvonó másfél kilométerből mindössze 460 métert sikerült megtennie. 2012 augusztusában-szeptemberében a vállalat elindított egy projektet, amelynek célja, hogy a helyszínen felvonóval új kísérletekhez gyűjtsön forrásokat. Kickstarter. Az összegyűlt mennyiségtől függően a tervek szerint 2 vagy több kilométerre emelik a robotot.

A Space Elevator Games versenyen 2009. november 4. és 6. között a Spaceward Alapítvány és a NASA által szervezett verseny Dél-Kaliforniában, a Dryden Flight Research Center területén, a híres űrkutatási központ határain belül zajlott. Edwards AFB. A kábel próbahossza 900 méter volt, a kábelt helikopterrel emelték ki. A cég átvette a vezetést LaserMotive 3,95 m/s sebességű felvonó bemutatása, ami nagyon közel van az előírt sebességhez. A felvonó a kábel teljes hosszát 3 perc 49 másodperc alatt tette meg. .

Hasonló projektek

Az űrlift nem az egyetlen olyan projekt, amely kötéllel műholdakat bocsát pályára. Az egyik ilyen projekt Orbital Skyhook(orbitális horog). A Skyhook olyan hengert használ, amely nem túl hosszú egy űrlifthez képest, amely alacsony földi pályán áll, és gyorsan forog a középső része körül. Emiatt a kábel egyik vége viszonylag kis sebességgel mozog a Földhöz képest, és a hiperszonikus repülőgépek terhei függeszthetők fel rá. Ugyanakkor a Skyhook dizájn úgy működik, mint egy óriási lendkerék – a nyomaték és a mozgási energia tárolója. A Skyhook projekt előnye, hogy megvalósítható a meglévő technológiák felhasználásával. A hátránya az, hogy a Skyhook a mozgásából származó energiát használja fel műholdak indítására, és ezt az energiát valahogy pótolni kell.

Térlift különböző munkákban

• Az 1972-es Petka az űrben című szovjet filmben a főszereplő feltalál egy űrliftet.
• Az egyik híres alkotás Arthur C. Clarke , A paradicsom szökőkútjai, egy űrlift ötletén alapul. Emellett az űrlift is megjelenik híres tetralógiájának utolsó részében Űrodüsszeia(3001: A végső Odüsszea).
• a sorozatban" Star Trek: Utazás„A „Rise” 3x19. epizódban egy űrlift segít a legénységnek elmenekülni egy veszélyes légkörű bolygóról.
• Játékban Civilizáció IV térlift van. Ott ő a későbbi „Nagy Csodák” egyike.
• Egy fantasy regényben Timothy Zana A "Selyemhernyó" (Spinneret, 1985) egy szuperszál előállítására képes bolygót említ. Az egyik, a bolygó iránt érdeklődő faj kifejezetten egy űrlift építéséhez akarta ezt a szálat beszerezni.
• Frank Schätzing Limit című tudományos-fantasztikus regényében az űrlift a közeljövő politikai intrikáinak központi pontja lesz.
• A duológiában Szergej Lukjanenko « A csillagok klassz játékok„Az egyik földönkívüli civilizáció a csillagközi kereskedelem folyamatában szupererős szálakat szállított a Földre, amelyekből űrliftet lehetne építeni. De a földönkívüli civilizációk ragaszkodtak ahhoz, hogy kizárólag a rendeltetésüknek megfelelően használják őket - a szülés során való segítségnyújtás érdekében.
• Egy fantasy regényben J. Scalzi"Győzelemre ítélve" ( angol Scalzi, John. Öregek háborúja) űrliftrendszereket aktívan használnak a Földön, számos földi kolónián és más magasan fejlett intelligens fajokhoz tartozó néhány bolygón a csillagközi hajók mólóival való kommunikációra.
• Egy fantasy regényben Alexandra Gromova„Holnap az örökkévalóság” a cselekmény egy űrlift létezésének ténye köré épül. Két eszköz van - egy forrás és egy vevő, amelyek egy „energiasugár” segítségével képesek a felvonó „kabinját” pályára emelni.
• Egy fantasy regényben Alastair Reynolds A „Mélység városa” részletes leírást ad az űrlift felépítéséről és működéséről, valamint leírja a pusztulás folyamatát (terrortámadás eredményeként).
• Egy fantasy regényben Terry Pratchett A "Strata" jelen van "Line" - egy extra hosszú mesterséges molekula, amelyet űrliftként használnak.
• Említésre került a zenekar dalában Mu hangjai"Lift a mennybe"
• A Sonic Colors játék legelején Sonic and Tails látható az űrliftben, hogy eljusson a Dr. Eggman's Parkba.
• A könyvben Zorich Alexandra"Somnambulist 2" a sorozatból Etnogenezis, a főszereplő Matvej Gumiljov (a pótszemélyiség beültetése után - Maskim Verhovcev, Alfa elvtársának személyi pilótája, a Csillagharcosok feje) egy orbitális liftben utazik.
• A sci-fi író „Kiskígyó” című történetében Alexandra Gromova a hősök az űrliftet használják „úton” a Holdról a földre.
• A tudományos-fantasztikus regények sorozatában George Martin"Taf utazásai" az "S"atlem bolygón, egy orbitális felvonó egy űrkikötőhöz hasonló planetoidhoz vezet.

Mangában és animében

• A harmadik epizódban anime Cyber ​​City Edoűrlift segítségével lehetett feljutni az orbitális kriogén bankba.
• BAN BEN Harc angyal egy ciklop űrliftet tartalmaz, amelynek egyik végén a Salem Sky City (polgárok számára) és az alsó város (nem állampolgárok számára), a másik végén pedig Yeru űrvárosa található. Hasonló szerkezet található a Föld másik oldalán.
• Az animében Mobile Suit Gundam 00 Három űrlift is van hozzájuk rögzítve, amely lehetővé teszi az űrlift villamosenergia-termelését.
• Az animében a Z.O.E. A Dolores űrlifttel rendelkezik, és azt is megmutatja, mi történhet terrortámadás esetén.
• Az űrliftet az animesorozat említi A Szentháromság vére, amelyben az Arc űrhajó szolgál ellensúlyként.

Lásd még

• Űrlift: 2010 (Angol) orosz

Megjegyzések

Irodalom

• Jurij Artsutanov„Az űrbe – elektromos mozdonyon”, újság TVNZ" 1960. július 31-én.
• Alekszandr Bolonkin"Nem rakéta űrindítás és repülés", Elsevier, 2006, 488 p.

A válság és a szankcióháború ellenére a civilizált, gazdaságilag fejlett országokban nagy az érdeklődés az űrhajózás iránt. Ezt elősegíti a rakétatudomány fejlődése, valamint a Föld-közeli űr, a Naprendszer bolygóinak és perifériájának űrhajók segítségével történő tanulmányozása terén elért előrelépés. Egyre több új állam csatlakozik az űrversenyhez. Kína és India hangosan kinyilvánítják ambícióikat az Univerzum felfedezésére. Oroszország, az USA és Európa állami struktúráinak monopóliuma a Föld légkörén túli repüléseken a múlté válik. A vállalkozások egyre nagyobb érdeklődést mutatnak az emberek és rakományok űrpályára szállítása iránt. Megjelentek olyan cégek, amelyek élén az űrszerelmes rajongók állnak. Új hordozórakétákat és új technológiákat egyaránt fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik, hogy ugrást tegyenek az Univerzum felfedezésében. Komolyan fontolgatják azokat az ötleteket, amelyeket tegnap még megvalósíthatatlannak tartottak. Amit pedig a tudományos-fantasztikus írók lázas fantáziájának gyümölcsének tartottak, az most az egyik lehetséges, a közeljövőben megvalósítandó projekt.

Az egyik ilyen projekt lehet egy űrlift.

Mennyire reális ez? Nick Fleming, a BBC újságírója erre a kérdésre próbált választ adni „Elevator in Orbit: Science Fiction or a Matter of Time?” című cikkében, amelyre az űr iránt érdeklődők figyelmét hívják fel.

Lift pályára: sci-fi vagy idő kérdése?

A Föld felszínéről embereket és rakományokat pályára juttatni képes űrlifteknek köszönhetően az emberiség felhagyhat a környezetre káros rakéták használatával. De egy ilyen eszköz létrehozása nem egyszerű, amint azt a BBC Future tudósítója megtudta.

Amikor az új technológiák fejlesztésével kapcsolatos előrejelzésekről van szó, sokan nagy jelentőségűnek tartják Elon Musk milliomos, a nem kormányzati kutatási szektor egyik vezetőjének tekintélyét, aki előállt a Hyperloop ötletével. sebességű vezetékes személyszállítási projekt Los Angeles és San Francisco között (az utazási idő mindössze 35 perc). De vannak olyan projektek, amelyeket még Musk is gyakorlatilag lehetetlennek tart. Például az űrlift projekt.

„Ez technikailag túl bonyolult feladat Nem valószínű, hogy a valóságban létrejönne egy űrlift” – mondta Musk a Massachusetts Institute of Technology egyik konferenciáján. Véleménye szerint könnyebb hidat építeni Los Angeles és Tokió között, mint liftet pályára állítani.

Az az ötlet, hogy embereket és rakományokat küldjenek az űrbe kapszulákban, amelyek egy óriási kábel mentén csúsznak felfelé, amelyet a Föld forgása tart a helyén, nem új. Hasonló leírásokat találhatunk olyan tudományos-fantasztikus írók műveiben, mint például Arthur C. Clarke. Ezt a koncepciót azonban a gyakorlatban még nem tartották megvalósíthatónak. Talán az a hiedelem, hogy meg tudjuk oldani ezt a rendkívül összetett technikai problémát, valójában csak önámítás?

Az űrlift szerelmesei úgy vélik, hogy teljesen lehetséges egyet építeni. Véleményük szerint a mérgező üzemanyaggal hajtott rakéták elavult, az emberre és a természetre veszélyes, túlzottan költséges űrszállítási forma. A javasolt alternatíva lényegében egy pályára állított vasútvonal – egy szupererős kábel, amelynek egyik vége a Föld felszínéhez, a másik pedig egy geoszinkron pályán elhelyezkedő ellensúlyhoz van rögzítve, és ezért folyamatosan a Föld egyik pontja felett lóg. . A kábel mentén fel-le mozgó elektromos eszközöket liftkabinként használnák. A Nemzetközi Asztronautikai Akadémia (IAA) friss jelentése szerint az űrliftekkel a rakomány űrbe küldésének költsége kilogrammonként 500 dollárra csökkenthető – ez az érték jelenleg körülbelül 20 000 dollár kilogrammonként.

Az űrlift-rajongók rámutatnak a rakéták pályára állítási technológiáinak ártalmasságára

„Ez a technológia fenomenális lehetőségeket nyit meg, hozzáférést biztosít az emberiség számára a naprendszerhez” – mondja Peter Swan, az ISEC Nemzetközi Űrlift-konzorcium elnöke és az IAA jelentésének társszerzője. „Azt hiszem, az első liftek működni fognak automata üzemmódban, és 10 után 15 éven belül hat-nyolc ilyen eszköz áll majd rendelkezésünkre, amelyek elég biztonságosak az emberek szállításához."

Az ötlet eredete

A nehézség az, hogy egy ilyen szerkezet magassága legfeljebb 100 000 km lehet - ez több mint két földi egyenlítő. Ennek megfelelően a szerkezetnek elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy elbírja saját súlyát. Egyszerűen nincs a Földön a szükséges szilárdsági jellemzőkkel rendelkező anyag.

Egyes tudósok azonban úgy gondolják, hogy ez a probléma már a jelenlegi évszázadban megoldható. Egy nagy japán építőipari cég bejelentette, hogy 2050-re űrliftet tervez. Amerikai kutatók pedig a közelmúltban létrehoztak egy új gyémántszerű anyagot, amely sűrített benzol nanoszálain alapul, és amelynek szilárdsága sokakban valósággá teheti az űrliftet. életünkből.

Az űrlift koncepciójával először Konsztantyin Ciolkovszkij foglalkozott 1895-ben. Egy orosz tudós, akit a közelmúltban épült párizsi Eiffel-torony ihletett, elkezdte kutatni egy olyan óriási torony építésének fizikáját, amely rakéták használata nélkül képes űrhajókat pályára állítani. Később, 1979-ben Arthur C. Clarke tudományos-fantasztikus író megemlítette ezt a témát „A Paradicsom szökőkútjai” című regényében – főszereplője egy űrliftet épít, amely hasonló a most tárgyalt projektekhez.

A kérdés az, hogyan lehet életre kelteni az ötletet. „Imádom az űrlift-koncepció merészségét” – mondja Kevin Fong, a University College London Magasság-, Űr- és Extrém Medicine Központjának alapítója. "Megértem, hogy az emberek miért találják ezt olyan vonzónak: az alacsony Föld körüli pályára való utazás lehetősége olcsón és biztonságosan megnyitja előttünk az egész belső naprendszert."

Biztonsági kérdések

Az űrlift építése azonban nem lesz egyszerű. „Először is, a kábelnek szupererős, de rugalmas anyagból kell készülnie, amely rendelkezik a szükséges tömeg- és sűrűségjellemzőkkel ahhoz, hogy elbírja a rajta mozgó járművek tömegét, ugyanakkor képes legyen ellenállni az állandó oldalirányú erőknek. Ez az anyag most egyszerűen nem létezik” – mondja Fong. „Emellett egy ilyen lift megépítéséhez az emberiség történetében a legtöbb űrhajóra lenne szükség.

Szerinte a biztonsági kérdéseket sem lehet figyelmen kívül hagyni: „Még ha sikerül is leküzdeni a lift építésével járó óriási technikai nehézségeket, az így létrejövő szerkezet egy óriási kifeszített zsinór lesz, amely kiszorítja az űrhajókat a pályáról, és folyamatosan űrszemét bombázza. ”

A turisták egy napon képesek lesznek lifttel utazni az űrbe?

Az elmúlt 12 év során három részletes űrlift-terv jelent meg világszerte. Az elsőt Brad Edwards és Eric Westling írja le a 2003-ban kiadott „Space Elevators” című könyvében. Ezt a liftet 20 tonna rakomány szállítására tervezték a Földön található lézerberendezések energiájával. A szállítás becsült költsége kilogrammonként 150 dollár, a projekt költsége pedig 6 milliárd dollár.

2013-ban az IAA Akadémia saját projektjében dolgozta ki ezt a koncepciót, amely a felvonókabinok fokozott védelmét biztosítja a légköri jelenségekkel szemben 40 km-es magasságig, ekkor a kabinok pályára való mozgását napenergiával kell meghajtani. A szállítás költsége kilogrammonként 500 dollár, az első két ilyen felvonó megépítésének költsége 13 milliárd dollár.

A korai űrlift-koncepciók számos lehetséges megoldást javasoltak a kábel feszességének megőrzésére szolgáló tér-ellensúly problémájára, ideértve egy aszteroida befogását és pályára szállítását. Az IAA jelentése megjegyzi, hogy egy ilyen megoldást egy napon végre lehet hajtani, de ez a közeljövőben nem lehetséges.

Úszóhorgony"

A 6300 tonnás kábel tartásához az ellensúlynak 1900 tonnát kell nyomnia. Részben kialakítható űrhajókból és egyéb segédeszközökből, amelyeket a lift megépítéséhez használnak majd. A közeli kiégett műholdak új pályára vontatásával is használhatók.

Javasolják továbbá, hogy a kábelt a Földhöz rögzítő „horgonyt” egy nagy olajszállító tartályhajó vagy repülőgép-hordozó méretű úszó platform formájában készítsék el, és helyezzék el az Egyenlítő közelében a teherbíró képességének növelése érdekében. A Galápagos-szigetektől 1000 km-re nyugatra lévő, hurrikánoknak, tornádóknak és tájfunoknak ritkán kitett területet javasolják a „horgony” optimális helyének.

Az űrszemét ellensúlyként lehetne használni az űrlift kábelének felső végén

Az Obayashi Corp., Japán öt legnagyobb építőipari cégének egyike, tavaly bejelentette, hogy egy robusztusabb űrliftet épít, amely automatizált maglev járatokat szállítana. Hasonló technológiát alkalmaznak a nagysebességű vasutaknál. Erősebb kábelre van szükség, mert a japán liftet állítólag emberek szállítására használják. A projekt költségét 100 milliárd dollárra becsülik, míg a rakomány pályára szállításának költsége kilogrammonként 50-100 dollár lehet.

Bár kétségtelenül sok technikai kihívás lesz egy ilyen lift megépítése, az egyetlen szerkezeti elem, amelyet még nem lehet megépíteni, maga a kábel, mondja Swan: „Az egyetlen technológiai probléma, amelyet meg kell oldani, a megfelelő anyag megtalálása a kábel elkészítéséhez Ez minden."

Gyémánt szálak

Jelenleg a legmegfelelőbb kábelanyag az 1991-ben laboratóriumi körülmények között létrehozott szén nanocsövek. Ezek a hengeres szerkezetek szakítószilárdsága 63 gigapascal, azaz körülbelül 13-szor erősebb, mint a legerősebb acél.

Az ilyen nanocsövek maximális elérhető hossza folyamatosan növekszik - 2013-ban a kínai tudósoknak sikerült fél méterrel megnövelniük. Az IAA-jelentés szerzői azt jósolják, hogy a kilométert 2022-re, majd 2030-ra érik el. Lehetőség lesz megfelelő hosszúságú nanocsövek létrehozására űrliftben való használatra.

Eközben tavaly szeptemberben egy új, rendkívül erős anyag jelent meg: a Nature Materials anyagtudományi folyóiratban megjelent cikkben a John Bedding, a Pennsylvaniai Állami Egyetem kémiaprofesszora vezette tudóscsoport szupervékony „gyémánt nanoszálak” gyártásáról számolt be. a laboratórium, amely még a szén nanocsöveknél is erősebb lehet.

A tudósok a folyékony benzolt a légköri nyomás 200 000-szerese alatt sűrítették. Ezután a nyomást lassan csökkentették, és kiderült, hogy a benzolatomok átrendezõdtek, és egy nagyon rendezett piramis tetraéder szerkezet jött létre.

Ennek eredményeként szupervékony szálak keletkeztek, amelyek szerkezetükben nagyon hasonlóak a gyémánthoz. Bár erősségük közvetlenül nem mérhető rendkívül kis méretük miatt, az elméleti számítások azt mutatják, hogy ezek a szálak erősebbek lehetnek, mint a rendelkezésre álló legerősebb szintetikus anyagok.

Kockázatcsökkentési

"Ha megfelelő hosszúságú és minőségű gyémánt nanoszálakat vagy szén nanocsöveket tudunk készíteni, akkor egészen biztosak lehetünk abban, hogy elég erősek lesznek ahhoz, hogy egy űrliftben is használhatók legyenek" - mondja Bedding.

Azonban még ha sikerül is megfelelő anyagot találni a kábelhez, a szerkezet összeszerelése nagyon nehéz lesz. Valószínűleg nehézségek merülnek fel a projekt biztonságának biztosításában, a szükséges finanszírozásban és a versengő érdekek megfelelő kezelésében. Ez azonban nem állítja meg Swant.

Így vagy úgy, az emberiség űrre tör, és kész arra, hogy sok pénzt költsön rá

„Természetesen nagy nehézségekkel kell szembenéznünk, de a problémákat meg kellett oldani az első transzkontinentális vasút megépítésekor [az Egyesült Államokban], valamint a Panama- és a Szuezi-csatorna lefektetésekor” – mondja. „Ez sok időt vesz igénybe pénzt, de mint minden nagy projekt esetében, csak a felmerülő problémákat kell megoldani, miközben fokozatosan csökkenteni kell a lehetséges kockázatokat."

Még Elon Musk sem hajlandó kategorikusan elvetni egy űrlift létrehozásának lehetőségét. „Nem hiszem, hogy ez az ötlet ma megvalósítható, de ha valaki be tudja bizonyítani az ellenkezőjét, az nagyszerű lenne” – mondta egy tavalyi konferencián az MIT-n.