Јаже во орбитата Што всушност прави ... спектарот на вселенскиот лифт на науката
Јаже во орбитата: што прави ... вселенскиот лифт всушност прави?
Почнувајќи од тропски остров среде Пацификот, тече линијата тенка нафора која се чини дека се губи некаде на небото без облачно небо: Тоа е јаже што се протега во вселената. По должината на ова јаже, капсулите се издигнуваат кон небото, кои лежерно превезуваат товари и луѓе во геостационарна орбита. Без одбројување, без ракетни мотори на пареа, наместо безвучен лифт: Оваа визија за иднината инспирирала автори на научна фантастика со децении, бидејќи тоа би го направило патувањето во вселената многу поевтино и ќе отвори целосно нови гранки на економијата во вселената.
Но, инженерите само повремено почнуваат да се справуваат со проблемите што треба да се решат. Еден од нив е Јошики Јамагива од Универзитетот Шизуока во Јапонија, кој, заедно со неговите студенти, има мал вселенски лифт пукан кон Меѓународната вселенска станица (ISS) на 22.09.2018 година на бродот без снабдувачки летала ХТВ. Тој е широк десет сантиметри и долг 23 сантиметри CubeSat, кој треба да се истурка во вселената од ISS во следните недели за да се тестира првиот лифт во вселената. Сепак, тешко дека ќе се отстранат техничките пречки на оваа технологија.
Надеж за јаглеродни наноцевки
Уште во 1895 година, рускиот пионер за патување во вселената, Константин Зиолковски, ја формулира идејата за уште поголема структура што може да достигне во вселената, под впечаток на новопоставената Ајфелова кула. Но, скоро 100 години едноставно немаше познат материјал што би бил соодветен за ова. Челикот, на пример, би се скршил на висина од едвај 30 километри поради сопствената тежина, без оглед на тоа колку е стабилен челичниот кабел.
Иако концептот постојано го прифаќаа писатели на научна фантастика, дури по 1991 година инженерите почнаа посериозно да се занимаваат со лифтот во вселената. Во таа година јапонскиот научник Сумио Ииџима ги откри јаглеродните наноцевки. Овој материјал е 100 пати посилен од челик, но само половина потежок од алуминиумот. Математички, јаже направено од јаглеродни наноцевки може да се протега далеку зад геостационарната орбита, а сепак би било толку лесно што денешната тешка ракета може да ја донесе во вселената, од каде што може да се спушти.
Студија на НАСА во 2000 година ги испита техничките барања за такво јаже: Од остров или платформа во помалку бурните тропски ширини на Пацификот, јажето би достигнало до 144 000 километри во вселената - до третина од растојанието од Месечината. Тука, противтежа ќе го задрже јажето затегнато низ центрифугална сила, додека платформата на надморска височина од 34.000 километри може да собере вселенска станица под бестежинска состојба. На овој начин може да се транспортираат товари и луѓе во орбитата и со тоа да се направат ракети излишни. Еден килограм внесен во вселената би чинел нешто повеќе од 200 УСД наместо 20 000 УСД денес.
Застапниците на технологијата сонуваат за огромни хотели во вселената, соларни централи во орбитата и мини на астероиди. Центрифугалната сила на крајот на јажето дури би овозможила меѓупланетарно патување со многу помалку употреба на гориво. Но, најважниот проблем останува материјалот: до сега, јаглеродните наноцевки ја докажуваа својата огромна јачина само во лабораториска скала; Техниките за производство на јажиња долги метри, па дури и километри, не постојат до денес.
Лифт од кибрит-кибрит
Јапонскиот „Вселенски врзан автономен роботски сателит - мини лифт“ (СТАРС-МЕ), кој тежи само 2,7 килограми, е CubeSat, еден од многуте мали сателити што во моментот се лансираат во вселената за да тестираат нови и технички ризични процеси за патување во вселената. STARS-ME носи јаже Кевлар кое сè уште не е погодно за подигнување од земјата во вселената. Кога CubeSat ја напушти вселенската станица и слободно кружи околу земјата, кубоидот се дели на две CubeSats во облик на коцка, кои остануваат поврзани едни со други со јаже долго само 14 метри. Мал робот со сопствен погон би требало да се лизга меѓу нив. Тоа би бил првиот лифт во вселената, но со големина на кибрит за кибрит, прилично мал.
Ваквото возење со лифт во орбитата не е особено баран успех за Маркус Ландграф: „Луѓето брзаат да решаваат едноставни проблеми наместо да ги решаваат навистина тешките“, вели инженерот, кој планира лунарни сонди во Европската вселенска агенција, но приватно има слабост во вселенските лифтови Има Според него, погонот на капсулата на лифтот е еден од решливите проблеми на вселенскиот лифт: тој ќе мора да работи многу поинаку од вообичаениот градежен лифт; бидејќи додека се влече со јажиња, вселенскиот лифт ќе мора да работи самостојно. Од тежина, капсулата треба да се снабдува со енергија од земјата, веројатно преку моќен ласер што ги зрачи соларните ќелии на капсулата на лифтот.
Од 2005 година се одржуваат натпревари во САД, Јапонија, Германија и Израел на кои робот за подигнување развиен од студенти треба да се искачи на јаже што го држи хеликоптер што е можно побрзо. Додека во раните години робот за искачување не секогаш го достигнуваше горниот крај на јажето, јапонски тим неодамна успеа да подигне товар од 100 килограми до 1200 метри. Сепак, како и мисијата СТАРС-МЕ, овие натпревари се уште се далеку од димензиите на орбиталното јаже: „Тие сигурно играат улога во запознавањето на студентите со динамичните ефекти на вселенското патување“, вели Маркус Ландграф. „Но, тие повеќе нема да одат со вселенскиот лифт.
Theаволот е во деталите
Организациите кои сами управуваат со вселенски патувања, како што е Европската вселенска агенција ЕСА - работодавач на Маркус Ландграф - досега не им даваа значење на вселенските лифтови во нивните буџети. Феликс Хубер е исто така скептичен за фундаментални размислувања: „Не е лесно да се одржи такво јаже стабилно во орбитата“, вели директорот за вселенски операции и обука за астронаути во Германскиот воздушен простор во Оберффафенхофен. Хубер се однесува на разни обиди во минатото во кои два сателити кружеа околу земјата поврзано со километри кабли.
Многу од овие мисии не успеаја затоа што се појавија несакани високи тензии, заглавени јажеви или затоа што јажињата се заплеткаа поради мали грешки во производството. Покрај тоа, јажињата лесно се лулаат во орбитата. Вселенскиот лифт, сепак, не би стигнал само низ вакуумот, туку и преку атмосферата, која исто така го влече, на пример за време на тропски бури. „Дури и кога лифт започнува, тој го влече јажето“, вели Хубер. „Само ова овозможува вибрациите да се шират и да се зголемуваат“.
Јаже долг десетици илјади километри би морало да се бори со други проблеми: На надморска височина од 200 до 900 километри би минувал низ зона во која се јавува атомски кислород разделен од УВ зрачење на сонцето, кој оксидира органски материјали како јаже направено од јаглеродни наноцевки и би се распаднал. Вселенските остатоци исто така може да го уништат јажето - особено во орбитата на геостационарните гробишта: Ова е тесна и скоро линеарна зона над геостационарните орбити во кои се отстрануваат неискористените сателити - и кои ќе треба да ги поминува орбиталното јаже. Покрај тоа, има брз круг на вселенски остатоци на подлабоки орбити и микрометеорити кои можат да направат дупки во јажето или, во најлош случај, да го уништат.
Сонот живее и понатаму
Маркус Ландграф, кој е искусен во динамиката на летот, смета дека сите овие проблеми се решаваат во принцип: Теоретски, динамиката на ваквите јажиња е одамна разбрана. И, дизајнерите едноставно можеа да го монтираат долниот крај на вселенското јаже на таков начин што ќе ги амортизира вибрациите со движења во спротивно ротирање. Поголемите парчиња во орбитата на Земјата може да бидат заобиколени со насочени вибрации.
Од друга страна, ќе треба да се санираат помалите искинати дупки. Остатоците во орбитата на гробиштата се веќе доста бавни во однос на јажето. А, јажето едноставно треба да биде обложено за да се заштити од зрачење и атомски кислород. Студија на НАСА од 2000 година, заснована врз првични експерименти, претпоставува дека оксидиран слој ќе се развие од надворешната страна на јажето, што служи како природна заштита за подлабоките слоеви.