Вселенскиот лифт ќе направи револуција во патувањето во вселената
Лесно е да се исмејува со оваа идеја: сто илјади километри јаже, растегнато помеѓу површината на земјата и сателит, за да се повлечат луѓето и материјалот во вселената. Се разбира, исто така е лесно да се одговори на секој што мисли дека ова е глупост на научна фантастика дека некои од подоцнежните клучни технологии првично биле отфрлени како фантазија. Само помислете на авионот за кој славниот физичар Вилијам Томсон, 1-ви Барон Келвин, јавно изјави во 1895 година дека такво нешто е невозможно, а осум години подоцна браќата Рајт полетаа. Но, како и многу технички соништа, од правење злато до апчиња против рак, никогаш не се оствари?
Заедничко за „Вселенскиот лифт“ со овие два примери е дека за неговото спроведување не се потребни никакви прекршувања на добро познатите закони на природата - за разлика од, на пример, летовите побрзи од светлината низ вселената. Всушност, тоа не беше никој друг туку рускиот учител по математика Константин Едуардович Зиолковски (1857 до 1935), еден од откривачите на теоријата за ракети, кој во истата година кога Лорд Келвин се посрамоти за историјата на технологијата, започна да размислува за кула од 36 000 километри. Неговиот врв би бил таму каде што ослободено тело орбитира околу Земјата за еден ден, т.н. геостационарна орбита, во која денес орбитираат временски или телевизиски сателити, така што тие секогаш се наоѓаат преку истата точка на површината на Земјата. Секој што ќе се искачи на ваква градба, без разлика колку време ќе траеше, ќе ја надминеше гравитацијата на Земјата правејќи го тоа сам.
Се разбира, таквата кула би претставувала проблеми за инженерите за конструкција кои биле навистина нерастворливи. Но, во 1960 година, сонародникот на Зиолковски, Јуриј Арзутаноу, роден во 1929 година, сфати дека наместо тоа би сторило лесно, но доволно силно јаже, кое ќе се спушти од сателит лансиран во геостационарна орбита и ќе се закотви на површината на земјата. Тоа сепак звучи доволно лудо. Арзутанов ја опиша идејата само во написот во весник во Комсомолскаја правда, и кога група Американци предводени од инженерот и океанограф Johnон Исак (1913-1980) му испратија на Наус напис на две страници со сличен концепт во 1966 година, се појави само со уредничка дека рецензентите би имале значителни сомнежи.
Ракетниот мотор во криза
Денес, сепак, голем број физичари и инженери се многу сериозно загрижени за идејата. Сепак, во голема мера, за разлика од големите, јавно финансирани вселенски организации, тие организираат технолошки натпревари и специјалистички конференции; најновата се одржа пред четири недели во Сиетл, со Мајкрософт како главен спонзор. Во 2008 година беше формиран Меѓународниот конзорциум за вселенски лифтови (ISEC), а во октомври 2013 година преподобната меѓународна академска академија (IAA) објави извештај на 350 страници за состојбата на истражувањето.
Оваа активност е и кризен феномен. Зиолковски имаше своја идеја за кула кога не виде друг начин да стигне до вселената - тој не ја постави ракетната равенка сè до 1903 година. И првите детални пресметки беа објавени од американскиот инженер за воздушни сили omeером Пирсон, роден во 1938 година, во специјализираното списание IAA Acta Astronautica во 1975 година. Во претходните години, програмата Аполо заврши предвреме и американската програма за развој на нуклеарни вселенски погонски системи беше прекината. Патувањето во вселената западна во вистинска криза. Најновиот бран интерес за вселенски лифтови конечно започна околу крајот на милениумот, кога на повидок беше крајот на програмата за вселенски шатлови
Поради неговата повеќекратна употреба, вселенскиот шатл првично беше наменет како особено исплатлива рута кон вселената. Но, сега се покажа дека не е само еднонасочниот принцип што го спречува развојот на патувањето во вселената, туку идејата за самата ракета.За да се надмине гравитацијата, ракетите треба да го полнат горивото со нив. За товарот на возила со хемиски погон, останува помалку од пет проценти од масата на полетување, а за вселенскиот шатл тоа беше само 1,2 проценти. Чини 80.000 долари за транспорт на килограм во геостационарна орбита со лансирни возила како што се американскиот атлас или делта, а во орбити како Меѓународната вселенска станица се уште се 10.000 долари. „И тоа, и покрај 50-годишното искуство и оптимизацијата на ракетните трошоци“, вели физичарот од Нирнберг, Мартин Ладес, кој е вклучен во ISEC. „Веќе не станува многу поевтино.
Кога работи лифтот, соништата од научна фантастика се остваруваат
Оваа огромна зависност на почетните трошоци од количината на материјал што треба да се започне е убедливо најголемиот расипник во патувањето во вселената. Тоа не само што ја забавува економската употреба на просторот - и со тоа ги спречува техничките случувања, бидејќи тие секогаш се случуваат само кога некој може да заработи многу пари со нив, туку е и вистински аргумент на сите критичари на патувањето во вселената со екипаж. Ако просторот навистина не беше место за луѓето, немаше да бидат високи планини, поларни региони, па дури и отворено море. Хомо сапиенс недостасува на Месечината или Марс овие денови, не затоа што не припаѓаше таму, туку затоа што во моментов е едноставно премногу скапо да се извлечат удобни вселенски бродови и придружни системи за одржување на живот од гравитацијата на Земјата.
Но, ако беше можно да се истегне таквото јаже во вселената и да се остават лифтовите да се искачуваат на него, крајниот резултат би бил сосема поинаков. Но, што ти требаше?
Кога денес луѓето размислуваат за вселенски лифтови, тоа обично го прават врз основа на сценарио на Американецот Бредли Едвардс од 2003 година. Според ова, вселенскиот лифт има пет компоненти.
Стотици илјади километри наклон
Прво тука е јажето, чиј центар на гравитација кружи во геостационарна орбита на надморска височина од скоро 36.000 километри. Wouldе се исфрли од сателит истрелан таму со конвенционални ракети. Овој сателит би се искачувал се повисоко и повисоко, до околу 100 000 километри, и таму, како противтежа, втората компонента, би го задржал јажето затегнато преку својата центрифугална сила. Колку поголема маса е дадена оваа противтежа, толку пократка може да биде вкупната должина. „Ако земете јаже долго 144 000 километри, не ви треба противтежа“, објаснува физичарот Маркус Ландграф од Европската вселенска агенција. „Тогаш, делот од јажето над геостационарната орбита служи како противтежа. Дополнителната предност на горниот дел од јажето е што оттаму можете да летате во Сончевиот систем без никаков погон, до Сатурн “.
За товарните и патниците кои патуваат во орбитата на земјата, геостационарната база, компонента број три, ќе биде крајната станица. Четвртата компонента тогаш би била копнената станица. Тековните концепти, вклучително и оние во извештајот на IAA, веќе имаат многу специфични идеи за локацијата. Пловечка платформа во Пацификот, илјада километри западно од островите Галапагос, би била идеална. Морето таму е претежно мирно, ризикот од тропски циклони е мал, а грмотевици не се случуваат толку често.
Проблемот на снабдување со енергија
Петто, тука е вистинската кола за лифт, инженерите обично ја нарекуваат „алпинист“. Алпинистот имал сопствен погон и тркала, поточно валјаци, бидејќи денешните концептни студии, како и оние презентирани во извештајот на IAA, се базираат на лента ширина од околу еден метар наместо јаже со кружен пресек. Еден од двата главни проблеми на вселенскиот лифт е напојувањето на овој погон. Да донесете гориво за патот долг 36.000 километри нема смисла - тогаш би го имале истиот проблем како и со ракетата. Наместо тоа, алпинистот може да се напојува со моќен ласерски зрак. Моќните фотоелементи на алпинистот потоа ќе ја претворат ласерската енергија во електрична енергија.
Таквите погони - но исто така и „светлосното напојување“ со помош на моќни фарови или ласери во опсег од неколку киловати моќност - се изучуваат на системите на модели веќе неколку години во форма на таканаречени „предизвици“, т.е. натпревари во кои (честопати студентски) тимови се натпреваруваат едни против други и Мора да исполни одредени услови за да победи. На неодамнешниот настан во Јапонија на почетокот на август, задачата беше да се изградат алпинисти кои ќе освојат јаже долго 1200 метри кое го држи балон. Во 2012 година, на Катедрата за вселенска технологија на Техничкиот универзитет во Минхен во Гархинг се случи вториот „Европски предизвик за вселенски лифтови“. Но, парите од спонзорството сè уште не се доволни за да понудат повеќе од симболични суми отколку награди. Малку повеќе пионерски дух, особено во јавните вселенски институции, може да стори многу повеќе тука, вели Мартин Ладес.
Алпинистот на готовиот вселенски лифт, како што е предвидено во извештајот на IAA, обично би тежел 20 тони, од кои 14 тони била носивост, а до геостационалната вселенска станица би биле потребни околу осум дена. На јажето би биле истовремено до седум алпинисти; Дали нивната енергија навистина може да се снабди со ласерско светло е жестоко дебатирано прашање во сцената на вселенскиот лифт. „За ласери ќе биде потребна огромна инфраструктура на теренот“, вели Питер Сван, претседател на ISEC и главен уредник на извештајот на IAA. „Потребни ви беа седум зраци, по еден за секој алпинист, плус адаптивна оптика и целни системи. Енергијата за овие огромни ласери ќе треба да ја снабдуваат генератори на отворено море - а ние зборуваме за неколку гигавати! "
Позелено качување со соларна енергија
Оттаму, извештајот на IAA става алтернативен извор на енергија во центарот на неговото разгледување: „Поради неодамнешниот напредок и предвидливиот развој на настаните во фотоволтаиците, сега е можно да се концентрираме на дизајни за алпинисти кои целата своја енергија ја добиваат директно од сончевата светлина“, вели тоа во извештајот. Инженерите можат да замислат дека Алпинист влече неколку површини со соларни ќелии зад нив.
Сепак, чистиот соларен погон е реален само од висина од 40 километри. Не само што облаците се закануваат да го нарушат снабдувањето со енергија, туку и кревките соларни панели ќе бидат изложени на ветер и временски услови.
Можно, иако гигантско, решение за овој проблем би било да се изгради долниот крај на лифтот не на земја, туку како „висок стадион“ на висина од 40 километри. За да го направите ова, веројатно би се вратиле на идејата за таканаречените јамки Лофстром, збир на вакуумски цевки долги стотици километри во кои бесконечните ремени работат толку брзо што нивното центрифугално забрзување создава нагорна сила. Транспортот од површината на земјата до „Висока фаза“ може да се одвива електромагнетно по вакуумските цевки.
Би било полесно всушност да се започне вертикалното искачување на земјата и да се сокријат соларните панели свиткани во заштитна обвивка за првите 40 километри. Енергијата тогаш ќе треба да се снабдува од земјата во текот на оваа прва фаза, или со ласери или преку кабел за напојување со него или - и тоа би било далеку најелегантно решение - со употреба на јаже (или лента) на приземната станица со трошење на енергија ја навива потребната должина, дури потоа го прицврстува алпинистот и конечно го испушта ковчегот. Како резултат, центрифугалната сила на јажето и противтежата ќе го вовлече алпинистот во висока атмосфера сè додека сонцето не може да го преземе снабдувањето со енергија.
Напредок по материјалното прашање
Дали тоа е можно, во голема мера зависи од тоа кој материјал е достапен за јажето или лентата. И оваа точка е вториот и најважен предизвик со кој се соочуваат визионерите за вселенски лифтови. Бидејќи до денес нема материјал што е стабилен и истовремено доволно лесен за да се изгради вселенски лифт. Значи, станува збор за специфичната јачина, за која истражувачите на вселенскиот лифт воведоа своја сопствена физичка единица и го именуваа како „Мегајури“, или скратено МЈури, во чест на Јуриј Арзутанов. Мегајури е еквивалентен на еден гигапаскал на грам и кубен сантиметар. Лента за вселенски лифт треба да биде најмалку 20 Мегајури, 50 ќе биде подобро. Со нешто повеќе од половина Мегајури, челикот е до фактор сто премногу слаб, а во 1975 година, кога Jerером Пирсон ги претстави своите пресметки, немаше материјал на повидок чија специфична сила би била доволна.
Но, тоа е токму она што се смени во меѓувреме. Во 1991 година, јапонските научници открија форма на јаглерод што веќе беше забележана во Русија со децении претходно, без тоа да биде познато на Запад: јаглеродни наноцевки, кои од тогаш интензивно се проучуваат, бидејќи тие исто така имаат интересни електронски својства. Овие цевки се молекуларни јажиња со фантастична јачина. Тие дадоа решавачки поттик за визиите на вселенскиот лифт, особено кога беа забележани специфични јаки страни од 20 мегајаури кај одделни вакви нано-влакна во 2000 година. Претходниот рекорд е јаглеродна наноцевка долг десет сантиметри, во кој беа измерени повеќе од 100 Мегајури во 2011 година.
Сега тие трескавично работат на предење на чудесните влакна во предиво со споредлива цврстина, од која може да се направат јажиња или панделки од која било должина. Неколку стотици метри се доволни, ако само за предива од нанофибер кои се оптимизирани за лесни електрични кабли. Предива над 20 мегајаури може да се претстават уште во 2015 година, според извештајот на IAA. Колку долго можат да се произведат структури од ова, зависи и од тоа колку добро истражувачите ќе го добијат проблемот со дефектите на молекулите на цевките под контрола. Во теорија, единствен недостаток на јаглероден атом во инаку совршена цевка долга 30.000 милји би ја намалил јачината за 20 проценти.
Корозија и вселенски остатоци
Како и да е, авторите на IAA се уверени: ако сегашниот тренд продолжи, пишуваат тие, наноцевки во километри должина ќе бидат достапни околу 2022 година. Лентата до starsвездите конечно треба да се исткае од нив.
Но, дури и тогаш, дополнителните прашања треба да се разјаснат пред вселенскиот лифт конечно да се класифицира како технички изводлив. На пример, дали влакното од чудо може исто така да биде обложено за да y се спротивстави на корозијата во хемиски агресивните зони на горната атмосфера.
Друга грижа е вселенското ѓубре. Не можете да предвидите хитови од помали остатоци со големина помала од 10 сантиметри, вели Мартин Ладес, и статистички, тие ќе се случуваат на секои десет дена. Затоа, лентата мора да биде дизајнирана на таков начин што сè уште се држи дури и со една или повеќе дупки. Покрај тоа, тој ќе биде малку закривен, така што дури и еден микро-остаток удрен точно на работ не може целосно да го пресече. Општо, алпинистите за одржување треба редовно да го прегледуваат ременот и, доколку е потребно, да го поправат. Неколку пати годишно, ременот би бил погоден од остатоци од големината на нејзината ширина. Сепак, можете да внимавате на овие со користење радар и да ги избегнете со поместување на пловечката копнена станица, на пример.
Но, што ако работите станат глупави, а лентата за лифт се расипе како и да е? Најголема веројатност за тоа е околу 800 километри надморска височина, каде што густината на леталото е најголема. Но, секое одвојување под геостационарната станица би ги турнало и фрагментот на горната лента во повисока орбита, додека долниот паѓа на Земјата, брзо се навалува од вертикалата. Најголемиот дел од фрагментот на долната лента тогаш би бил, на краток рок, многу долго парче вселенско ѓубре што може да претставува закана за сателитите близу Земјата и вселенските станици, но наскоро ќе изгори целосно во атмосферата. Само долните стотина километри паднаа на површината на земјата. Сто километри од тенка јаглеродна лента тежи помалку од сто килограми и веројатно нема да предизвика големи штети во пространоста на Пацификот.
Ваквата несреќа би била најмногу досадна за астронаутите кои моментално се наоѓаат во лифтот. Специјалните вселенски бродови веројатно ќе треба да бидат подготвени за закрепнување на вашиот алпинист, но ова треба да биде финансиски можно со оглед на фактот дека, според сегашните проценки, цената на вселенскиот товар се намали на 500 американски долари за килограм. Во никој случај, не би сакале да земете фрлач на хемикалии од музејот за да го обновите вселенскиот лифт. „Првото нешто што ќе го сториме кога ќе изградиме вселенски лифт е да изградиме втора. И трето “, вели Питер Свон. „Никогаш повеќе не сакаме да бидеме затворени во гравитационото поле на земјата.