Kosmoselifti loomise ideed mainiti Briti kirjaniku Arthur Charles Clarke’i ulmekirjanduses juba 1979. aastal. Ta kirjutas oma romaanides, et on täiesti kindel, et kunagi ehitatakse selline lift.

Kuid esimene inimene, kes sellise kummalise idee välja tuli, oli vene insener ja Venemaa kosmonautika rajaja Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski. Eiffeli torni ehitamisest inspireerituna tegi ta ettepaneku ehitada veelgi kõrgem, mitme tuhande kilomeetri kõrgune torn. Tsiolkovski tegi ettepaneku asustada kosmoses orbitaaljaamade abil, pakkus välja kosmoselifti ja hõljuki ideid.

Kosmoselift kõlab fantastiliselt. Kuid ka 19. sajandi inimesed poleks osanud uskuda selliste tehniliste saavutuste ilmumisse nagu lennuk või kosmoselaev. Jaapanis asuv Obayashi Ehituskorporatsioon arendab juba tehnilist dokumentatsiooni kosmoselifti ehituse ettevalmistamiseks. Projekti maksumus on 12 miljardit dollarit. Objekti ehitustööd lõpetatakse 2050. aastal.

Kosmoseliftide kasutamise võimalikud eelised on üsna suured. Asi on selles, et gravitatsiooni ületamine reaktiivjõu abil on ebapraktiline. Näiteks Shuttle'i ühe korra käivitamiseks tuleb kulutada 500 miljonit dollarit, mistõttu traditsiooniliste kanderakettide käivitamine ei ole enam majanduslikult tasuv.

Kosmoselift koosneb kolmest põhiosast: alusest, kaablist ja vastukaalust.

Lifti alust kujutav massiivne platvorm ookeanis hoiaks süsinikkiudkaabli ühte otsa, mille otsas oleks vastukaal – raske objekt, mis toimiks satelliidina, pöörleks meie planeedi taga ja hoiaks. orbiidil tsentrifugaaljõu toimel. Just mööda seda kuni saja tuhande kilomeetri kõrgusele taevasse venitatud kaablit tõuseb kaubad kosmosesse.

Kilogrammi lasti raketi abil kosmosesse toimetamine maksab kuni 15 tuhat dollarit. Jaapanlased arvutasid välja, et sama kaaluga lasti orbiidile toimetamiseks kulutaksid nad... 100 dollarit

Kosmoselift on hoolikalt koostatud idee. Näiteks on välja arvutatud, et kaabel ei saa olla terasest. See lihtsalt rebeneb oma raskuse all. Materjal peab olema terasest 90 korda tugevam ja 10 korda kergem.

Insenerid kavatsesid kaablitena kasutada süsiniknanotorusid, kuid selgus, et sellisest materjalist pikki kaableid kududa on võimatu.

Just hiljuti ilmus leiutis, mis võib lõpuks kosmoselifti fantaasia teoks teha. John Buddingi juhitud teadlaste meeskond Pennsylvania ülikoolist on loonud mikroskoopilistest teemantidest üliõhukesed nanoniidid, mis on oluliselt tugevamad kui nanotorud ja polümeerkiud.

Tokyo Sky Tree on Sumida piirkonnas asuv teletorn, mis on maailma kõrgeim teletorn.

Obayashi ettevõtte uurimisosakonna juht Yoji Ishikawa usub, et Pennsylvania ülikooli oskusteave võib tõesti tuua inimkonna kosmosele lähemale. Ta ütleb, et uus materjal peab loomulikult läbima rea ​​tugevuskatseid, kuid tundub, et just seda on tema ja ta kolleegid nii kaua otsinud.

Obayashi on juba ehitanud kiirliftid umbes 635 meetri kõrguse teletorni jaoks

NASA tegeleb nüüd ka tihedalt kosmoselifti salajase arendamisega. Tulevikus on võimalik toimetada orbiidile hiiglaslike planeetidevaheliste kosmoselaevade osi ja neid kosmoses kokku panna. Sellist projekti saab teostada vaid kosmoselifti abil.

Kuid kõige tähtsam on see, et riik, kes esimesena kosmoselifti ehitab, monopoliseerib kosmosekaubaveo sfääri paljudeks sajanditeks.

Kim Stanley Robinsoni ulmeromaani "Roheline Marss" illustratsioon, mis kujutab
Marsile paigaldatud kosmoselift.

Sõit kosmoseliftiga meenutab ilmselt lendu kuumaõhupalliga – ilma düüside mürinata, ilma raevuka leegi sarata. Maa läheb sujuvalt alla. Majad muutuvad väiksemaks, teed muutuvad vaevumärgatavateks niitideks ja jõgede hõbedased paelad hõrenevad. Lõpuks on alumine tühine maailm pilvedesse peidetud ja ülemine, transtsendentaalne maailm paljastub. Atmosfäär on möödas, klaasi taga on kosmiline mustus. Ja kabiin libiseb mööda kaablit aina kõrgemale, nähtamatuna planeedi sinakasrohelise tausta taustal ja läheb põhjatusse tühjusesse.

Tsiolkovski kirjeldas ka disaini, mis võiks ühendada orbiidi Maa pinnaga. 1960. aastate alguses töötas selle idee välja Juri Artsutanov ja Arthur Clarke kasutas seda romaanis "Paradiisi purskkaevud". “Fantaasiamaailm” naaseb kosmoselifti teema juurde ja püüab ette kujutada, kuidas see toimima peaks ja mida selleks vaja on.

Geostatsionaarne orbiit

Kas satelliit võib vaatleja pea kohal liikumatult külmuda? Kui Maa oleks liikumatu, nagu Ptolemaiose süsteemis maailmas, oleks vastus "ei" - lõppude lõpuks ei püsiks satelliit ilma tsentrifugaaljõuta orbiidil. Kuid nagu me teame, ei ole vaatleja ise liikumatu, vaid pöörleb koos planeediga. Kui satelliidi tiirlemisperiood on võrdne sidereaalse päevaga (23 tundi 56 minutit 4 sekundit) ja selle orbiit on ekvaatoritasapinnal, hõljub seade nn seisupunkti kohal.

Orbiiti, millel satelliit on oma statsionaarse punkti suhtes paigal, nimetatakse geostatsionaarseks. Ja see on kosmoseuuringute jaoks äärmiselt oluline. See on koht, kus asub enamik sidesatelliite ja side on peamine ruumi ärilise kasutamise valdkond. Ekvaatori kohal rippuva repiiteri kaudu saateid saab vastu võtta statsionaarsetel "plaatidel".

Samuti on idee paigutada geostatsionaarsele orbiidile mehitatud jaam. mille eest? Esiteks sidesatelliitide hoolduseks ja remondiks. Selleks, et satelliidid saaksid veel mitu aastat teenida, on sageli vaja tankida vaid mikromootoreid, mis tagavad päikesepaneelide ja antenni orientatsiooni. Mehitatud jaam suudab manööverdada mööda geostatsionaarset orbiiti, laskuda (samal ajal muutub selle nurkkiirus suuremaks kui "seisvate" satelliitide oma), jõuda järele hooldust vajavale sõidukile ja uuesti tõusta. See ei võta rohkem kütust, kui madala orbiidiga jaam tarbib, kui ta ületab hõõrdumise haruldase atmosfääriga.

Tundub, et kasu on tohutu. Kuid sellise kauge eelposti tarnimine oleks liiga kallis. Meeskondade vahetamiseks ja transpordilaevade saatmiseks on vaja praegu kasutatavatest viis korda raskemaid kanderakette. Palju atraktiivsem idee on kasutada kosmoselifti ehitamiseks kõrgjaama.

Kaablid

Mis juhtub, kui geostatsionaarselt satelliidilt visatakse kaabel Maa suunas alla? Esiteks viivad Coriolise jõud ta edasi. Lõppude lõpuks saab see sama kiiruse kui satelliit, kuid on madalamal orbiidil, mis tähendab, et selle nurkkiirus on suurem. Kuid mõne aja pärast võtab kaabel kaalus juurde ja ripub vertikaalselt. Pöörlemisraadius väheneb ja tsentrifugaaljõud ei suuda enam gravitatsioonijõudu tasakaalustada. Kui jätkate trossi söövitamist, jõuab see varem või hiljem planeedi pinnale.

Et vältida süsteemi raskuskeskme nihkumist, on vaja vastukaalu. Mõned inimesed soovitavad kasutada ballastina kasutatud satelliite või isegi väikest asteroidi. Kuid on ka huvitavam variant - söövitada kaabel vastupidises suunas, Maast. See sirutab ja venib ka. Kuid mitte enam oma raskuse all, vaid tsentrifugaaljõu tõttu.

Teine kaabel on kasulikum kui lihtne liiteseadis. Odav raketivaba kauba toimetamine geostatsionaarsele orbiidile on kasulik, kuid ei maksa iseenesest lifti maksumust. 36 000 kilomeetri kõrgusel asuv jaam muutub vaid ümberistumispunktiks. Lisaks liiguvad koormused ilma energiatarbimiseta tsentrifugaaljõuga kiirendatuna mööda teist kaablit. Maast 144 000 kilomeetri kaugusel ületab nende kiirus teise kosmilise kiiruse. Lift muutub katapuldiks, mis saadab planeedi pöörlemise energiat kasutades mürske Kuule, Veenusele ja Marsile.

Probleemiks on kaabel, mis vaatamata oma fantastilisele pikkusele ei tohi oma raskuse all puruneda. Terastrossiga juhtub see juba 60 kilomeetri pikkusel (ja võib-olla palju varem, kuna kudumise ajal on defektid vältimatud). Katkenemist saab vältida, kui trossi jämedus suureneb plahvatuslikult koos kõrgusega – peab ju iga järgnev lõik vastu pidama oma raskusele pluss kõigi eelnevate kaal. Kuid mõtteeksperiment tuleb katkestada: ülemisele otsale lähemal jõuab kaabel sellise paksuseni, et maakoore rauavarudest selle jaoks lihtsalt ei piisa.

Isegi kõige tugevam polüetüleen “Dyneema”, millest on valmistatud soomusvestid ja langevarjunöörid, ei sobi. See on väikese tihedusega, ühe ruutmillimeetrise ristlõikega talub kahetonnist koormust ja puruneb oma raskuse all vaid 2500 kilomeetri pikkusel. Aga Dainima kaabli mass peab olema umbes 300 000 tonni ja paksus ülemises otsas 10 meetrit. Sellist lasti on peaaegu võimatu orbiidile toimetada ja lifti saab ehitada ainult ülalt.

Lootust annavad 1991. aastal avastatud süsiniknanotorud, mis on teoreetiliselt võimelised olema kevlarist 30 korda tugevamad (praktikas on polüetüleenköis ikka tugevam). Kui optimistlikud hinnangud nende potentsiaali kohta kinnitust leiavad, on võimalik toota 36 000 km pikkuse konstantse ristlõikega lint, mis kaalub 270 tonni ja kandevõime 10 tonni. Ja kui isegi pessimistlikud hinnangud saavad kinnitust, ei ole 1 millimeetri paksuse kaabliga lift Maa lähedal ja 25 sentimeetrit orbiidil (mass 900 tonni ilma vastukaalu arvestamata) enam ulme.

Lift

Kosmoselifti lifti loomine on mittetriviaalne ülesanne. Kaabli valmistamiseks peate lihtsalt välja töötama uue tehnoloogia. Mehhanismi, mis suudab selle kaabli külge ronida ja lasti orbiidile toimetada, pole veel leiutatud. "Maine" meetod, kui kabiin on kinnitatud trumlile keritud köie külge, ei talu kriitikat: koorma mass on trossi massiga võrreldes tühine. Lift peab ise üles ronima.

Näib, et seda pole keeruline rakendada. Kaabel on kinnitatud rullide vahele ja masin hiilib hõõrdumise tõttu ülespoole. Kuid see on ainult ulmes kosmoselift - torn või võimas sammas, mille sees kabiin liigub. Tegelikkuses jõuab Maa pinnale vaevunähtav niit, parimal juhul kitsas lint. Rullide kokkupuutepind toega on tühine, mis tähendab, et hõõrdumine ei saa olla suur.

On veel üks piirang – mehhanism ei tohi kaablit kahjustada. Paraku, kuigi nanokangas on uskumatult rebenemiskindel, ei tähenda see, et seda oleks raske lõigata või narmendada. Katkise kaabli asendamine on väga keeruline. Ja kui see suurel kõrgusel plahvatab, kannab tsentrifugaaljõud jaama kaugele kosmosesse, rikkudes kogu projekti. Selleks, et süsteemi raskuskeset hädaolukorras orbiidil hoida, tuleb kogu kaabli pikkusele paigutada väikesed miinid. Kui üks okstest murdub, lasevad nad kohe maha võrdse osa vastasoksast.

On palju muid huvitavaid probleeme, mis vajavad lahendamist. Näiteks üksteise poole liikuvate liftide lahknemine ja reisijate päästmine “kinnijäänud” kajutitest.

Kõige keerulisem probleem on lifti toiteallikas. Mootor nõuab palju energiat. Nii olemasolevate kui ka arendatavate akude mahutavusest ei piisa. Keemilise kütuse ja oksüdeerija tarnimine muudab lifti paakide ja mootorite mitmeastmeliseks süsteemiks. See imeline disain, muide, ei vaja kallist kaablit - see on praegu olemas ja seda nimetatakse "võimendusraketiks".

Lihtsaim viis on ehitada kaablisse kontaktjuhtmed. Kuid kaabel ei pea vastu metalljuhtmestiku raskusele, mis tähendab, et nanotorud tuleb elektrivoolu juhtima "õpetada". Autonoomne toiteallikas päikesepaneelide või radioisotoopide allika näol on üsna nõrk: kõige optimistlikuma hinnangu kohaselt võtab tõus koos nendega aastakümneid. Parema massi ja võimsuse suhtega tuumareaktoril kuluks salongi orbiidile viimiseks aastaid. Kuid see ise on liiga raske ja nõuab ka kaks või kolm tankimist teel.

Võib-olla on parim võimalus energia ülekandmine laser- või mikrolainepüstoli abil, kiiritades lifti vastuvõtuseadet. Kuid see pole ilma puudusteta. Praegusel tehnoloogiatasemel saab elektrienergiaks muundada vaid vähemuse saadud energiast. Ülejäänu muutub soojuseks, mille eemaldamine õhuvabas ruumis on väga problemaatiline.

Kui kaabel saab kahjustatud, on remondimehi kahjustatud piirkonda raske saada. Ja kui see katki läheb, on liiga hilja (kaader mängust Halo 3: ODST)

Kiirguskaitse

Halb uudis neile, kes tahavad kerget sõita: lift läbib Maa kiirgusvööde. Planeedi magnetväli püüab kinni päikesetuule osakesed – prootonid ja elektronid – ning takistab ohtliku kiirguse pinnale jõudmist. Selle tulemusena ümbritseb Maa ekvatoriaaltasandil kaks kolossaalset tori, mille sees on koondunud laetud osakesed. Isegi kosmoseaparaadid püüavad neid piirkondi vältida.

Esimene vöö, prootonilõks, algab 500–1300 kilomeetri kõrguselt ja lõpeb 7000 kilomeetri kõrgusel. Selle taga, kuni ligikaudu 13 000 kilomeetri kõrguseni, on suhteliselt turvaline ala. Kuid veelgi kaugemale, 13–20 tuhande kilomeetri kaugusele, ulatub suure energiaga elektronide välimine kiirgusvöö.

Orbitaaljaamad pöörlevad kiirgusvööde all. Mehitatud kosmoselaevad ületasid neid ainult Kuu-ekspeditsioonide ajal, veetes sellel vaid paar tundi. Kuid tõstuk vajab iga rihma ületamiseks umbes päeva. See tähendab, et kabiin peab olema varustatud tõsise kiirguskaitsega.

Sildumistorn

Kosmoselifti alust kujutatakse tavaliselt ette maapealsete ehitiste kompleksina, mis asub kusagil Ecuadoris, Gaboni džunglis või Okeaania atollil. Kuid kõige ilmsem lahendus ei ole alati parim. Orbiidilt vabastatuna saab rihma kinnitada laeva tekile või kolossaalse torni tippu. Merelaev väldib orkaane, mis võivad suure tuulega lifti kui mitte ära murda, siis sellelt liftid ära visata.

12-15 kilomeetri kõrgune torn kaitseb kaablit atmosfääri vägivalla eest ja lühendab ka mõnevõrra selle pikkust. Esmapilgul tundub kasu tähtsusetu, kuid kui kaabli mass sõltub selle pikkusest eksponentsiaalselt, siis saavutab ka pisike võimendus märgatava säästu. Lisaks võimaldab sildumistorn süsteemi kandevõimet ligikaudu kahekordistada, kõrvaldades niidi kõige õhema ja haavatavama osa.

Sellise kõrgusega hoonet on võimalik püstitada aga vaid ulmeromaanide lehekülgedel. Teoreetiliselt saab sellise torni ehitada teemandi kõvadusega materjalist. Praktikas ei toeta ükski sihtasutus selle kaalu.

Sellest hoolimata on võimalik ehitada sildumistorn paljude kilomeetrite kõrgusele. Ainult ehitusmaterjal ei tohiks olla betoon, vaid gaas: heeliumiga täidetud õhupallid. Selline torn saab olema "ujuk", mille alumine osa on atmosfääri sukeldatud ja toetab Archimedese jõu mõjul ülemist osa, mis on juba peaaegu õhuvabas ruumis. Seda konstruktsiooni saab ehitada altpoolt, üksikutest väikesemõõtmelistest ja täielikult vahetatavatest plokkidest. “Täispuhutava torni” 100 või isegi 160 kilomeetri kõrgusele jõudmisel pole põhimõttelisi takistusi.

Isegi ilma kosmoseliftita on "ujuv torn" mõttekas. Nagu elektrijaam – kui väliskest on kaetud päikesepaneelidega. Nagu repiiter, mis teenindab poolteise tuhande kilomeetri raadiusega ala. Lõpetuseks observatooriumiks ja baasiks atmosfääri ülemiste kihtide uurimisel.

Ja kui te ei sihi sadade kilomeetrite kõrgust, saate sildumisjaamana kasutada rõngakujulist õhupalli, mis on "ankurdatud" 40 kilomeetri kõrgusele. Hiiglaslik õhulaev (või mitu üksteise kohal asuvat õhulaeva) laadib liftikaabli maha, võttes oma raskuse viimastel kümnetel kilomeetritel.

Kuid kõige olulisemad eelised annaksid liikuva platvormi kõrgel kõrgusel asuva õhulaeva kujul, mis lendab üle ekvaatori kiirusega 360 km/h (mis on üsna saavutatav, kui mootorit toidavad päikesepaneelid ja tuumareaktor) . Sel juhul ei pea satelliit ühe punkti kohal hõljuma. Selle orbiit hakkab paiknema geostatsionaarsest 7000 kilomeetrit allpool, mis vähendab kaabli pikkust 20% ja massi 2,5 korda (arvestades "sildutorni" kasutamisest saadavat kasu). Jääb lahendada lasti õhulaevale toimetamise probleem.

Gravitatsioonikatapult

Kosmoselift on kõige ambitsioonikam, kuid mitte ainus projekt, mis kasutab kosmoselaevade käivitamiseks lõasid. Mõningaid teisi plaane saab praegusel tehnoloogiatasemel realiseerida.

Mis saab näiteks siis, kui kaabliga seotud koorem lükatakse orbiidil rippuvast süstikust Maast eemale “üles”? Impulsi jäävuse seaduse kohaselt nihkub laev ise madalamale orbiidile. Ja see hakkab langema. Koorem, mis tõmbab endaga kaasa lahtikerimiskaablit, kaldub Coriolise jõu toimel esmalt tahapoole, kuid siis tormab “üles”. Tõepoolest, pöörlemisraadiuse suurenemisega gravitatsioon nõrgeneb ja tsentrifugaaljõud suureneb. Süsteem töötab nagu trebuchet - iidne viskemasin. Süstik võtab kividega puuri rolli, tross muutub tropiks ja teljeks saab laeva algorbiidil kaaluta olekus oleva süsteemi üldine massikeskus. Telje suhtes kõikudes sirgub kaabel vertikaalsuunas, venib ja viskab koormuse välja.

Gravitatsioonikatapuldi ja kosmoselifti erinevus seisneb selles, et liftis mängib "puuri" rolli planeet ise, "kukkudes" "Maa-mürsu" massikeskme suhtes eristamatult väikesele kõrgusele. süsteem. Sel juhul kulub süstiku kineetiline energia. Laev kannab osa oma hoogust lastile – näiteks automaatsele planeetidevahelisele jaamale – kaotab kiiruse ja kõrguse ning siseneb atmosfääri tihedatesse kihtidesse. Mis on ka hea, sest tavaliselt peavad süstiku deorbiidist väljumiseks mootorid pidurdama, põletades kütust.

Kaabelkatapuldi abil suudab süstik Marsile või Veenusele saata 2-3 korda rohkem lasti kui traditsioonilisel viisil. Mis aga ikkagi ei võimalda süstikusüsteemil konkureerida tavapärase kanderaketiga efektiivsuse osas. Lõppude lõpuks on "katapult" käivitamiseks vaja orbiidile saata mitte ainult kasulik koormus, vaid ka hiiglaslik "vastukaaluga" kaabel. Teine asi on see, et katapuldi vastukaalu saab otse orbiidilt leida – näiteks saab hakkama oma missiooni täitnud transpordilaev. Lisaks tiirleb meie planeedi ümber hulk “kosmoseprügi”, mis tuleb lähitulevikus kokku korjata.

* * *

Kosmoselifti ehitamisega seotud probleemid pole kaugeltki lahendus. Kulusäästlikku alternatiivi rakettidele ja süstikutele niipea ei ilmu. Kuid praegu on "trepp tühjusse" kõige fantastilisem ja suuremahulisem projekt, mille kallal teadus töötab. Isegi kui struktuur, mille pikkus on tosin korda suurem kui planeedi läbimõõt, osutub ebaefektiivseks, tähistab see inimkonna ajaloo uue etapi algust. Seesama “hällist väljumine”, millest Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski rääkis rohkem kui sajand tagasi.

Kosmose lift

Igaüks, kes arvab, et nanotehnoloogia abil on võimalik luua vaid midagi submikroskoopilist, inimsilmale nähtamatut, on ilmselt üllatunud NASA spetsialistide poolt hiljuti välja töötatud projektist, mis on pälvinud nii palju teadlaste ja üldsuse tähelepanu. avalik. Jutt käib nn kosmoselifti projektist.

Kosmoselift on mitmekümne tuhande kilomeetri pikkune kaabel, mis ühendab tiirlevat kosmosejaama Vaikse ookeani keskel asuva platvormiga.

Kosmoselifti idee on rohkem kui sajand vana. Esimesena rääkis sellest 1895. aastal suur vene teadlane Konstantin Tsiolkovski, kaasaegse kosmonautika rajaja. Ta tõi välja, et kaasaegse raketiteaduse aluseks olev põhimõte ei luba tänapäevastel kanderakettidel olla tõhus vahend lasti kosmosesse toimetamiseks. Sellel on mitu põhjust:

Esiteks on tänapäevaste rakettide kasutegur väga madal tänu sellele, et lõviosa esimese astme mootorite võimsusest läheb tööle gravitatsioonijõu ületamiseks.

Teiseks on teada, et mitu korda märkimisväärne kütusemassi kasv annab vaid väikese kiiruse tõusuraketid. Seetõttu saatis näiteks Ameerika raketisüsteem Saturn-Apollo 2900-tonnise stardimassiga orbiidile vaid 129 tonni. Siit tuleneb rakettidega kosmosesaatmise astronoomiline hind (kilogrammi lasti madalale orbiidile saatmise hind on keskmiselt umbes 10 000 dollarit).

Ja vaatamata korduvatele katsetele vähendada rakettide väljalaskmise kulusid, näib, et kaupade ja inimeste orbiidile toimetamise kulud vähenevad radikaalselt tänapäevastel raketitehnoloogiatel põhineva tavapärase õhutranspordi maksumusele.

põhimõtteliselt võimatu.

Kauba odavamaks kosmosesse saatmiseks tegid Los Alamose riikliku labori teadlased ettepaneku luua kosmoselift. Esialgsete hinnangute kohaselt võib kauba liftiga vettelaskmise hind langeda kümnetelt tuhandetelt dollaritelt 10 dollarile kilogrammi kohta. Teadlased usuvad

et kosmoselift võib maailma sõna otseses mõttes pea peale pöörata, andes inimkonnale täiesti uued võimalused.

Sisuliselt on lift kaabel, mis ühendab orbitaaljaama Maa pinnal asuva platvormiga. Roomikusse paigaldatud kajutid liiguvad mööda kaablit üles ja alla, kandes satelliite ja sonde, mis tuleb orbiidile saata. Selle lifti abil saab päris tippu ehitada kosmosesse stardiplatvorm Kuule, Marsile, Veenusele ja asteroididele suunduvatele kosmoselaevadele. Lifti “kabiinide” endi energiaga varustamise probleem on lahendatud originaalsel viisil: kaabel kaetakse päikesepaneelidega või kabiinid varustatakse väikeste fotogalvaaniliste paneelidega, mida valgustavad võimsad Maalt tulevad laserid.

Teadlased teevad ettepaneku paigutada kosmoselifti maapealne baas ookeani, Vaikse ookeani ekvatoriaalvetesse, sadade kilomeetrite kaugusele kommertslennuliinidest. Teadaolevalt ei ületa orkaanid kunagi ekvaatorit ja siin pole peaaegu üldse välku, mis annab liftile täiendava kaitse.

Kosmoselifti on kirjeldatud nii Tsiolkovski kui ka ulmekirjanik Arthur C. Clarke’i teostes ning sellise lifti ehitamise projekti töötas välja Leningradi insener Juri Artsutanov 1960. aastal. Astrahan oli aastaid kosmoselifti idee aktiivne propageerija

teadlane G. Poljakov.

Kuid seni pole keegi suutnud pakkuda nii kerget ja tugevat materjali, et sellest saaks kosmosekaablit teha. Kuni viimase ajani oli kõige vastupidavam materjal teras. Kuid mitme tuhande kilomeetri pikkust teraskaablit pole võimalik teha, kuna isegi lihtsustatud arvutused näitavad, et vajaliku tugevusega teraskaabel variseb oma raskuse all kokku juba 50 km kõrgusel.

Nanotehnoloogia arenguga on aga tekkinud reaalne võimalus toota vajalike omadustega ülitugevatest ja ülikergetest süsiniknanotorudest valmistatud kiududel põhinevat kaablit Seni pole õnnestunud meetripikkustki teha kaablit nanotorudest, kuid projekti arendajate sõnul täiustatakse nanotorude tootmistehnoloogiaid iga päev, nii et selline kaabel võib mõne aasta pärast valmis saada.

Lifti põhielemendiks on tross, mille üks ots on kinnitatud Maa pinnale ja teine ​​läheb umbes 100 tuhande km kõrgusel kosmosesse kaduma. See kaabel ei jää lihtsalt kosmoses rippuma, vaid venib nagu nöör tänu kahele mitmesuunalisele jõule: keskpunktile.

põgenev ja tsentripetaalne.

Nende olemuse mõistmiseks kujutage ette, et sidusite eseme nööri külge ja hakkasite seda lahti keerama. Niipea, kui see saavutab teatud kiiruse, tõmbub köis pingule, kuna objektile mõjub tsentrifugaaljõud ja köiele endale mõjub tsentripetaalne jõud, mis seda tõmbab. Midagi sarnast juhtub kosmosesse tõstetud kaabliga. Iga objekt selle ülemises otsas või isegi vaba ots ise pöörleb nagu meie planeedi tehissatelliit, mis on ainult spetsiaalse "köiega" maapinna külge "seotud".

Jõudude tasakaal tekib siis, kui hiiglasliku köie massikese on 36 tuhande kilomeetri kõrgusel ehk nn geostatsionaarsel orbiidil. Just seal ripuvad Maa kohal liikumatult tehissatelliidid, mis teevad sellega 24 tunniga täispöörde. Sel juhul ei ole see mitte ainult pinges, vaid suudab ka pidevalt hõivata rangelt määratletud positsiooni - vertikaalselt maa horisondi suhtes, täpselt meie planeedi keskpunkti suunas.

Joonis 24. Kunstniku Pat Rawlingsi kujutletud kosmoselift*

Uuesti trükitud saidilt http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Kosmoselifti ehitamise alustamiseks on vaja teha paar kosmosesüstiku lendu. Nad ja spetsiaalne autonoomse mootoriga platvorm viivad geostatsionaarsele orbiidile 20 tonni kaablit. Siis peaks see kaabli ühe otsa Maale alla laskma ja kinnitama kuskil Vaikse ookeani ekvatoriaalvööndis praeguse rakettide stardiplatvormiga sarnasele platvormile.

Seejärel on plaanis kaabli äärde panna spetsiaalsed tõstukid, mis lisavad kaablile aina rohkem nanotoru kattekihte, suurendades selle tugevust. See protsess peaks kestma paar aastat ja esimene kosmoselift saabki valmis.

Kurioossed kokkusattumused: 1979. aastal esitas ulmekirjanik Arthur C. Clarke oma romaanis "Paradiisi purskkaevud" idee "kosmoselifti" ja tegi ettepaneku asendada teras teatud ülitugeva "pseudo-ühega" -mõõtmeline teemantkristall”, millest sai selle seadme peamine ehitusmaterjal. Kõige huvitavam on see, et Clark peaaegu arvas, et praegune kosmoselifti ehitamise projekti huvi on seotud just süsinikkristallidega - nanotorudega, millel on märkimisväärsed omadused, millega oleme juba tuttavaks saanud.

Ja mis on täiesti üllatav: füüsik, üks kosmoselifti väljatöötamisel osalejatest, kannab nime Ron Morgan. Morgan oli ka Arthur C. Clarke’i romaani tegelase nimi, kosmoselifti ehitanud insener!

Idee astrotehnilisest struktuurist lasti viimiseks planeedi orbiidile või isegi sellest kaugemale.
Esimest korda väljendas sellist ideed Konstantin Tsiolkovski 1895. aastal, seda mõtet arendati üksikasjalikult Juri Artsutanovi töödes. Hüpoteetiline disain põhineb planeedi pinnalt GEO-s asuva orbitaaljaamani venitatud kaabli kasutamisel.
Kaabel nõuab äärmiselt suurt tõmbetugevust koos väikese tihedusega. Teoreetiliste arvutuste kohaselt tunduvad süsiniknanotorud olevat sobiv materjal. Kui eeldada nende sobivust kaabli valmistamiseks, siis kosmoselifti loomine on lahendatav insenertehniline probleem, kuigi eeldab arenenud arenduste kasutamist ja teistsuguseid suuri kulutusi. Lifti loomist hinnatakse 7-12 miljardile USA dollarile. NASA rahastab juba sellega seotud arendusi Ameerika Teadusuuringute Instituudis, sealhulgas kaablit mööda iseseisvalt liikuva lifti väljatöötamist.
Sisu [eemalda]
1 Disain
1.1 Vundament
1.2 Kaabel
1.2.1 Kaabli paksendamine
1.3 Tõstke
1.4 Vastukaal
1.5 Nurkmoment, kiirus ja kalle
1.6 Kosmosesse startimine
2 Ehitus
3 Kosmoselifti ökonoomika
4 saavutusi
5 Kirjandus
6 Kosmoselift erinevates töödes
7 Vt ka
8 Märkused
9 Lingid
9.1 Organisatsioonid
9.2 Mitmesugust
Disain

Disainivalikuid on mitu. Peaaegu kõik need sisaldavad alust (alus), kaablit (kaablit), tõstukeid ja vastukaalu.
Alus
Kosmoselifti alus on koht planeedi pinnal, kuhu kinnitatakse kaabel ja algab lasti tõstmine. See võib olla mobiilne, asetatud ookeanilaevale.
Liigutatava aluse eeliseks on võimalus sooritada manöövreid orkaanide ja tormide eest kõrvalehoidmiseks. Statsionaarse aluse eelised on odavamad ja kättesaadavamad energiaallikad ning võimalus vähendada kaabli pikkust. Mõne kilomeetri kaabli vahe on suhteliselt väike, kuid võib aidata vähendada selle keskosa vajalikku paksust ja välja tuleva osa pikkust geostatsionaarseks
orbiidil.
Kaabel Kaabel peab olema valmistatud materjalist, millel on äärmiselt kõrge tõmbetugevuse ja erikaalu suhe. Kosmoselift on majanduslikult põhjendatud, kui tööstuslikus mastaabis on võimalik mõistliku hinnaga toota grafiidiga võrreldava tihedusega ja u.
65–120 gigapaskalit.
Süsiniknanotorude venitatavus peaks teooria kohaselt olema palju suurem kui kosmoselifti jaoks vajalik. Kuid tehnoloogia nende tööstuslikes kogustes tootmiseks ja kaabliteks kudumiseks alles hakkab välja töötama. Teoreetiliselt peaks nende tugevus olema üle 120 GPa, kuid praktikas oli ühe seinaga nanotoru suurim pikenemine 52 GPa ja keskmiselt purunesid need vahemikus 30–50 GPa.
Nanotorudest kootud tugevaim niit on nõrgem kui selle komponendid.

Uuringud torumaterjali puhtuse parandamiseks ja erinevat tüüpi torude loomiseks jätkuvad.
Enamik kosmoseliftide projekte kasutab ühe seinaga nanotorusid. Mitmekihilised on suurema tugevusega, kuid raskemad ning väiksema tugevuse ja tiheduse suhe. Võimalik variant on kasutada ühe seinaga nanotorude kõrgsurve sidumist. Kuigi sel juhul kaob tugevus sp²-sideme (grafiit, nanotorud) asendamise tõttu sp³-sidemega (teemant), hoiavad need van der Waalsi jõud paremini ühes kius ja võimaldavad toota kiude. suvalise pikkusega [allikas ei ole märgitud 810 päeva].
Kristallvõre defektid vähendavad nanotorude tugevust
Lõuna-California ülikooli (USA) teadlaste katses näitasid ühe seinaga süsinik-nanotorud 117 korda suuremat eritugevust kui terasel ja 30 korda suuremat kui Kevlaril. Võimalik saavutada väärtus 98,9 GPa, nanotoru pikkuse maksimaalne väärtus oli 195 μm.
Selliste kiudude kudumise tehnoloogia on alles lapsekingades. Mõnede teadlaste sõnul pole isegi süsinik-nanotorud kunagi piisavalt tugevad, et teha kosmoselifti kaablit. Teadlaste katsed
Tehnoloogilisest

Sydney ülikool võimaldas luua grafeenpaberit. Näidistestid on julgustavad: materjali tihedus on viis kuni kuus korda väiksem kui terasel, samas kui tõmbetugevus on kümme korda suurem kui süsinikterasel. Samas on grafeen hea elektrivoolu juht, mis võimaldab seda kasutada võimsuse edastamiseks liftile, kontaktsiinina.

Kosmoselift peab kandma vähemalt oma raskust, mis on kaabli pikkuse tõttu arvestatav. Paksenemine ühelt poolt suurendab kaabli tugevust, teisalt lisab selle kaalu ja seega ka vajalikku tugevust. Sellele avaldatav koormus on erinevates kohtades erinev: mõnel juhul peab rihma osa kandma allpool asuvate segmentide raskust, mõnel juhul peab see vastu pidama tsentrifugaaljõule, mis hoiab rihma ülemisi osi orbiidil. Et kohtuda Sellele tingimusele ja kaabli optimaalsuse saavutamiseks igas punktis on selle paksus muutuv.
Võib näidata, et võttes arvesse Maa gravitatsiooni ja tsentrifugaaljõudu (kuid arvestamata Kuu ja Päikese väiksemat mõju), kirjeldatakse kaabli kõrgusest sõltuvat ristlõiget järgmise valemiga:

Siin on A ® kaabli ristlõike pindala funktsioonina kaugusest r Maa keskpunktist.
Valem kasutab järgmisi konstante:
A0 on kaabli ristlõike pindala Maa pinna tasemel.
ρ on kaabli materjali tihedus.
s on kaabli materjali tõmbetugevus.
ω on Maa pöörlemissagedus ümber oma telje, 7,292 × 10-5 radiaani sekundis.
r0 on kaugus Maa keskpunkti ja kaabli aluse vahel. See on ligikaudu võrdne Maa raadiusega, 6378 km.
g0 on raskuskiirendus kaabli põhjas, 9,780 m/s².
See võrrand kirjeldab lõast, mille paksus suureneb kõigepealt eksponentsiaalselt, seejärel aeglustub selle kasv mitme Maa raadiuse kõrgusel ja seejärel muutub see konstantseks, jõudes lõpuks geostatsionaarsele orbiidile. Pärast seda hakkab paksus uuesti vähenema.
Seega on kaabli ristlõikepindalade suhe aluses ja GSO-s (r = 42 164 km):
Asendades siin terase tiheduse ja tugevuse ning kaabli läbimõõdu maapinnal 1 cm, saame läbimõõduks GSO tasemel mitusada kilomeetrit, mis tähendab, et teras ja muud meile tuttavad materjalid ei sobi kaabli ehitamiseks. lift.
Sellest järeldub, et GSO tasemel kaabli mõistlikuma paksuse saavutamiseks on neli võimalust:
Kasutage vähem tihedat materjali. Kuna enamiku tahkete ainete tihedus jääb suhteliselt väikesesse vahemikku 1000–5000 kg/m³, on ebatõenäoline, et siin midagi saavutatakse.
Kasutage vastupidavamat materjali. Teadustöö käib peamiselt selles suunas. Süsiniknanotorud on kümneid kordi tugevamad kui parim teras ja need vähendavad oluliselt kaabli paksust GSO tasemel.
Tõstke kaabli alus kõrgemale. Tänu eksponentsiaali olemasolule võrrandis vähendab isegi väike aluse tõstmine oluliselt kaabli paksust. Pakutakse kuni 100 km kõrguseid torne, mis lisaks kaabli säästmisele väldivad atmosfääriprotsesside mõju.
Tee kaabli põhi võimalikult õhukeseks. See peab siiski olema piisavalt paks, et koormatud tõstet toetada, nii et minimaalne paksus aluse juures sõltub ka materjali tugevusest. Süsiniknanotorudest valmistatud kaabel peab olema põhjas vaid ühe millimeetri paksune.
Teine võimalus on muuta lifti põhi teisaldatavaks. Liikumine isegi kiirusega 100 m/s annab juba 20% juurde ringkiirust ja vähendab kaabli pikkust 20-25%, mis muudab selle kergemaks 50% või rohkemgi. Kui "ankurdate" kaabli ülehelikiirusel [allikas pole määratud 664 päeva] lennukis või rongis, siis kaabli massi kasvu ei mõõdeta enam protsentides, vaid kümnetes kordades (kuid kadusid ei võeta arvesse vastupanu eestõhk).
Lift

Sydney ülikool võimaldas luua grafeenpaberit. Näidistestid on julgustavad: materjali tihedus on viis kuni kuus korda väiksem kui terasel, samas kui tõmbetugevus on kümme korda suurem kui süsinikterasel. Samas on grafeen hea elektrivoolu juht, mis võimaldab seda kasutada võimsuse edastamiseks liftile, kontaktsiinina.
On vaja kontrollida selles artiklis esitatud faktide õigsust ja teabe usaldusväärsust.
Jutulehel peaks olema selgitus.

Selle jaotise stiil on mitteentsüklopeediline või rikub vene keele norme.
Jaotis tuleks parandada vastavalt Vikipeedia stiilireeglitele.

Kontseptuaalne joonistus läbi pilvede tõusvast kosmoseliftist
Kosmoselift ei saa töötada nagu tavaline lift (liikuvate kaablitega), kuna selle kaabli paksus ei ole konstantne. Enamik projekte kasutab tõstukit, mis ronib mööda fikseeritud kaablit üles, kuigi on pakutud ka väikeseid segmenteeritud liikuvaid kaableid, mis kulgevad mööda peakaablit.
Liftide ehitamiseks pakutakse välja erinevaid meetodeid. Lamedate kaablite puhul saate kasutada rullide paare, mida hoiab paigal hõõrdumine. Muud võimalused on liikuvad kodarad koos konksudega plaatidel, rullid ülestõstetavate konksudega, magnetlevitatsioon (ebatõenäoline, kuna kaabli külge tuleb kinnitada tülikad teed) jne [allikas täpsustamata 661 päeva]
Tõsine probleem lifti konstruktsioonis on energiaallikas [allikas täpsustamata 661 päeva]. Energia salvestamise tihedus ei ole tõenäoliselt kunagi piisavalt kõrge, et liftil oleks piisavalt energiat kogu trossi ronimiseks. Võimalikud välised energiaallikad on laser- või mikrolainekiired. Muud võimalused on allapoole liikuvate liftide pidurdusenergia kasutamine; troposfääri temperatuuride erinevus; ionosfäärilahendus jne. Peamine valik [allikas pole täpsustatud 661 päeva] (energiakiired) on seotud tõsiste probleemidega
tõhususega ja soojuse hajumist mõlemas otsas, kuigi kui olla tulevaste tehnoloogiliste edusammude suhtes optimistlik, on see teostatav. Liftid peaksid järgnema üksteisele optimaalsel kaugusel, et minimeerida kaabli koormust ja selle võnkumisi
ja maksimeerida
läbilaskevõime. Kaabli kõige ebausaldusväärsem ala on selle aluse lähedal; ei tohiks olla rohkem kui üks tõste [allikas pole täpsustatud 661 päeva].
Liftid, mis liiguvad ainult üles, suurendavad kandevõimet, kuid ei lase alla liikumisel kasutada pidurdusenergiat ega suuda inimesi maapinnale tagasi tuua.

Lisaks tuleb selliste liftide komponente orbiidil kasutada ka muudel eesmärkidel. Igal juhul on väikesed liftid paremad kui suured, kuna nende ajakava on paindlikum, kuid need seavad rohkem tehnoloogilisi piiranguid.
Lisaks kogeb lifti niit ise pidevalt nii Coriolise jõu kui ka atmosfäärivoolude mõju. Veelgi enam, kuna "tõstuk" peab asuma geostatsionaarse orbiidi kõrgusest kõrgemal, alluvad sellele pidevad koormused, sealhulgas tippkoormused, näiteks tõmblused [allikas pole täpsustatud 579 päeva].
Kui aga ülaltoodud takistused on kuidagi kõrvaldatavad, saab kosmoselifti realiseerida. Selline projekt saab aga olema ülikallis, kuid võib tulevikus konkureerida ühe- ja korduvkasutatavate kosmoselaevadega [allikas täpsustamata 579 päeva].
Vastukaal
Selles artiklis puuduvad lingid teabeallikatele. Teave peab olema kontrollitav, vastasel juhul võidakse see kahtluse alla seada ja kustutada. orbiit või sideme enda jätkumine märkimisväärse vahemaa tagant Statsionaarse aluse eelised on odavamad ja kättesaadavamad energiaallikad ning võimalus vähendada kaabli pikkust. Mõne kilomeetri kaabli vahe on suhteliselt väike, kuid võib aidata vähendada selle keskosa vajalikku paksust ja välja tuleva osa pikkust orbiidil. Teine võimalus on viimasel ajal populaarsemaks muutunud, kuna seda on lihtsam teostada ja lisaks on pikliku kaabli otsast lihtsam koormat teistele planeetidele suunata, kuna sellel on Maa suhtes märkimisväärne kiirus.
Nurkmoment, kiirus ja kalle

Sydney ülikool võimaldas luua grafeenpaberit. Näidistestid on julgustavad: materjali tihedus on viis kuni kuus korda väiksem kui terasel, samas kui tõmbetugevus on kümme korda suurem kui süsinikterasel. Samas on grafeen hea elektrivoolu juht, mis võimaldab seda kasutada võimsuse edastamiseks liftile, kontaktsiinina.
On vaja kontrollida selles artiklis esitatud faktide õigsust ja teabe usaldusväärsust.
Jutulehel peaks olema selgitus.

See artikkel või jaotis vajab ülevaatamist.
Palun täiustage artiklit vastavalt artiklite kirjutamise reeglitele.

Lisaks tuleb selliste liftide komponente orbiidil kasutada ka muudel eesmärkidel. Igal juhul on väikesed liftid paremad kui suured, kuna nende ajakava on paindlikum, kuid need seavad rohkem tehnoloogilisi piiranguid.
Lisaks kogeb lifti niit ise pidevalt nii Coriolise jõu kui ka atmosfäärivoolude mõju. Veelgi enam, kuna "tõstuk" peab asuma geostatsionaarse orbiidi kõrgusest kõrgemal, alluvad sellele pidevad koormused, sealhulgas tippkoormused, näiteks tõmblused [allikas pole täpsustatud 579 päeva].
Kui aga ülaltoodud takistused on kuidagi kõrvaldatavad, saab kosmoselifti realiseerida. Selline projekt saab aga olema ülikallis, kuid võib tulevikus konkureerida ühe- ja korduvkasutatavate kosmoselaevadega [allikas täpsustamata 579 päeva].
Vastukaal

Kui lift liigub ülespoole, kaldub lift 1 kraadi, kuna lifti ülemine osa liigub ümber Maa kiiremini kui alumine osa (Coriolise efekt). Skaalat ei salvestatud
Kaabli iga lõigu horisontaalne kiirus suureneb koos kõrgusega proportsionaalselt kaugusega Maa keskpunktist, ulatudes geostatsionaarselt esimese põgenemiskiiruse orbiit. Seetõttu peab ta koorma tõstmisel saama täiendavat nurkhoogu (horisontaalne kiirus).
Nurkmoment tekib Maa pöörlemise tõttu. Esialgu liigub tõstuk trossist veidi aeglasemalt (Coriolise efekt), “aeglustab” seeläbi trossi ja nihutab seda veidi läände. Tõusukiirusel 200 km/h kaldub tross 1 kraadi võrra. Pinge horisontaalne komponent
mittevertikaalselt
kaabel tõmbab koormat küljele, kiirendades seda ida suunas (vt skeemi) - tänu sellele omandab lift lisakiirust. Newtoni kolmanda seaduse järgi aeglustab kaabel Maad vähesel määral.
Samal ajal sunnib tsentrifugaaljõu mõju kaablit pöörduma tagasi energeetiliselt soodsasse vertikaalasendisse, nii et see on stabiilses tasakaalus. Kui lifti raskuskese on alati geostatsionaarsest orbiidist kõrgemal, sõltumata liftide kiirusest, siis see ei lange.
Selleks ajaks, kui last jõuab GEO-le, on selle nurkimment (horisontaalne kiirus) piisav, et lasti orbiidile saata.
Koorma langetamisel toimub vastupidine protsess, kallutades kaablit itta.
Lenda kosmosesse
Ehitus

Ehitus käib geostatsionaarsest jaamad. See on ainus asi koht, kus kosmoselaev saab maanduda. Üks ots laskub Maa pinnale, mida venitab gravitatsioonijõud. Teine, jaoks tasakaalustamine, - vastupidises suunas küljel, mida tõmmatakse tsentrifugaaljõuga. See tähendab, et kõik ehitusmaterjalid tuleb üles tõsta geostatsionaarseks orbiidil traditsioonilisel viisil, olenemata lasti sihtkohast. Ehk siis kogu kosmoselifti tõstmise kulud geostatsionaarseks orbiit - projekti miinimumhind.
Kosmoselifti ökonoomika

Eeldatavasti vähendab kosmoselift tunduvalt kauba kosmosesse saatmise kulusid.
Kosmoseliftid on kallid ehitada, kuid nende kasutuskulud on madalad, mistõttu on neid kõige parem kasutada pika aja jooksul väga suurte kaubamahtude jaoks. Praegu ei pruugi veoste vettelaskmise turg olla piisavalt suur, et lifti ehitamist õigustada, kuid järsk hinnalangus peaks kaasa tooma koormate mitmekesisuse suurenemise. Muu transporditaristu – maanteed ja raudteed – õigustab end samamoodi.
Lifti arendamise kulud on võrreldavad kosmosesüstiku väljatöötamise kuludega [allikas pole täpsustatud 810 päeva]. geostatsionaarselt Küsimusele, kas kosmoselift toob sellesse investeeritud raha tagasi või oleks parem investeerida raketitehnoloogia edasiarendamisse, pole siiani vastust.
Me ei tohiks unustada releesatelliitide arvu piirangut geostatsionaarseks orbiit: praegu lubavad rahvusvahelised lepingud 360 satelliiti – üks transponder nurkkraadi kohta, et vältida häireid Ku-sagedusalas edastamisel.
C-sageduste puhul on satelliitide arv piiratud 180-ga. Seega on kosmoselift massistartide jaoks minimaalselt sobiv orbiit [allikas täpsustamata 554 päeva] ja sobib kõige paremini kosmose ja eriti Kuu uurimiseks.
See asjaolu selgitab projekti tegelikku ärilist ebaõnnestumist, kuna valitsusväliste organisatsioonide peamised rahalised kulud on suunatud
satelliitide edastamiseks,

Alates 2005. aastast toimub Ameerika Ühendriikides iga-aastane Space Elevator Games võistlus, mida korraldab NASA toel Spaceward Foundation. Nendel võistlustel on kaks kategooriat: “parim tross” ja “parim robot (lift)”.
Tõstevõistlusel peab robot ületama määratud distantsi, ronides mööda vertikaalset trossi kiirusega, mis ei ole väiksem kui reeglites ette nähtud. (võistlustel 2007. aastal olid normid järgmised: kaabli pikkus - 100 m, minimaalne kiirus - 2 m/s).
2007. aasta parim tulemus oli 100 m distantsi läbimine keskmise kiirusega 1,8 m/s.
2009. aasta Space Elevator Games võistluse auhinnafond oli kokku 4 miljonit dollarit. Köiejõuvõistlusel tuleb osalejatele varustada kahemeetrine rõngas valmistatud raskeveokitest
materjal, mis ei kaalu rohkem kui 2 grammi ja mille tõmbetugevust kontrollitakse spetsiaalse paigaldusega.
Võistluse võitmiseks peab kaabli tugevus selles indikaatoris olema vähemalt 50% suurem kui NASA-le juba kättesaadav näidis.
Seni parima tulemuse pärineb kuni 0,72 tonnist koormust talunud kaabel.
Konkursil ei osale Liftport Group, mis kogus kurikuulsuse väitega käivitada kosmoselift 2018. aastal (hiljem lükati tagasi 2031. aastasse).

Liftport teeb oma katseid, näiteks 2006. aastal ronis robottõstuk õhupallide abil välja venitatud tugevale köiele. Poolteist kilomeetrist suutis tõstuk läbida vaid 460 meetrit. elektriveduril" ajaleht "Komsomolskaja Pravda" 31. juulil 1960. a.
Aleksander Bolonkin “Mitteraketi kosmosesaatmine ja lend”, Elsevier, 2006, 488 lk.
http://www.scribd.com/doc/24056182

Kosmoselift erinevates töödes Üks Arthur C. Clarke'i kuulsatest teostest "The Fountains of Paradise" põhineb kosmoselifti ideel. Lisaks ilmub kosmoselift ja finaalis
osad tema kuulsast tetraloogiast Kosmoseodüsseia (3001: The Final Odyssey).
Battle Angelil on kükloobi kosmoselift, mille ühes otsas on Salemi taevalinn (kodanikele) koos madalama linnaga (mittekodanike jaoks) ja teises otsas on kosmoselinn Yeru. Sarnane struktuur asub ka teisel pool Maad.
Star Trek: Voyageri episoodis 3x19 "Tõus" aitab kosmoselift meeskonnal ohtliku atmosfääriga planeedilt põgeneda.
Civilization IV on kosmoselift. Seal on ta üks hilisematest “Suurtest imedest”.
Timothy Zahni ulmeromaan "Siidiuss" ("Spinneret", 1985) mainib planeeti, mis on võimeline tootma superkiudu. Üks planeedist huvitatud rassist soovis seda kiudu hankida spetsiaalselt kosmoselifti ehitamiseks. Sergei Lukjanenko diloogias “Tähed on külmad mänguasjad” tarnis üks maaväline tsivilisatsioon tähtedevahelise kaubanduse protsessis Maale ülitugevaid niite, mida saaks kasutada kosmoselifti ehitamiseks. Kuid maavälised tsivilisatsioonid nõudsid eranditult kasutamisel
neid sihtotstarbeliselt – sünnituse ajal abistamiseks.
Animes Mobile Suit Gundam 00 on nende külge kinnitatud ka päikesepaneelide rõngas, mis võimaldab kosmoselifti kasutada elektri tootmiseks.
Anime Z.O.E. Dolores on kosmoselift ja see näitab ka seda, mis võib juhtuda terrorirünnaku korral.
J. Scalzi (ing. Scalzi, John. Old Man's War) ulmeromaanis “Võidule määratud” kasutatakse kosmoseliftide süsteeme aktiivselt Maal, paljudel maistel kolooniatel ja mõnel teiste kõrgelt arenenud intelligentsete rasside planeetidel suhtlemiseks tähtedevaheliste laevade kaid.
Alastair Reynoldsi fantaasiaromaan "Kuristiku linn" kirjeldab struktuuri üksikasjalikult ja toimimine kosmoselift, kirjeldatakse selle hävimisprotsessi (terrorirünnaku tagajärjel).
Terry Pratchetti ulmeromaanis Strata on Line, ülipikk tehismolekul, mida kasutatakse kosmoseliftina.
Mainitud grupi Zvuki Mu laulus “Lift taevasse”
Kosmoselift on mainitud animesarjas Trinity Blood, mille vastukaaluks on kosmoselaev Arc.
Mängu Sonic Colors alguses võib näha, kuidas Sonic ja Tails sõidavad kosmoseliftiga, et jõuda Dr. Eggmani parki
Vaata ka

Kosmose relv
Alusta silmust
Kosmose purskkaev
Märkmed

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Kosmoselift ja nanotehnoloogia
Kosmosesse – liftiga!
// KP.RU Kosmoselift tiirleb sotsiaalpoliitilisel orbiidil ja populaarteadus
Vene kosmoseajakiri nr 11, 2008
Süsiniknanotorud on terasest kaks suurusjärku tugevamad
MEMBRAAN | Maailma uudised | Nanotorud ei ela kosmoseliftis
Uus grafeenpaber osutub terasest tugevamaks
Lemeško Andrei Viktorovitš. Kosmoselift Lemeshko A.V./ Kosmoselift Lemeshko A.V.
et:Satelliittelevisioon#Tehnoloogia
Lift taevasse püstitab tulevikku silmas pidades rekordeid
On välja töötatud laser, mis võib toita kosmoselifteid

LaserMotive laseri jõul töötava helikopteri demonstreerimiseks AUVSI mehitamata süsteemides Põhja-Ameerikas 2010

Vaatasin just teaduslikke probleeme, mille eest nad pakuvad suuri auhindu, ja leidsin selle kummalise – kaabli kosmosesse venitamise.

Esimest korda väljendas hüpoteetiline idee sellise struktuuri ehitamisest, mis põhineks planeedi pinnalt orbitaaljaamani venitatud kaabli kasutamisel, juba 1895. aastal Konstantin Tsiolkovski poolt. Sellest ajast alates on projekt hoolimata kõigist teaduse ja tehnoloogia saavutustest jäänud vaid idee staadiumisse.

Kui suur on selle projekti auhinnafond?

Alates 2005. aastast toimub Ameerika Ühendriikides iga-aastane Space Elevator Games võistlus, mida korraldab NASA toel Spaceward Foundation. Nendel võistlustel on kaks kategooriat: “parim tross” ja “parim robot (lift)”.

Miks tuntakse nii suurt huvi selle konkreetse kosmosesse tõusmise meetodi vastu? Kas oskate midagi odavat mõelda? Kuid nii keerulise taristu ülalpidamine, kaabli tõstmine, kalju likvideerimine – võib olla kallim kui raketi väljalaskmine. Kui palju massi saab sellise kaabli abil tõsta? Ma arvan, et seda ei ole palju ja arvestada tuleb ka energiakuludega.

Need on nüüd teadlaste ja disainerite peas tiirlevad ideed ELEVATOR TO SPACE kohta.

Liftid, mis suudavad inimesi ja lasti planeedi pinnalt kosmosesse transportida, võivad tähendada kosmost saastavate rakettide lõppu. Kuid sellise lifti valmistamine on äärmiselt keeruline. Kosmoseliftide kontseptsioon oli tuntud juba ammu ja selle tutvustas Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski, kuid sellest ajast peale pole me sellise mehhanismi praktilisele rakendamisele lähemale jõudnud. Elon Musk säutsus hiljuti Twitteris: "Ja palun ärge esitage mulle küsimusi kosmoseliftide kohta enne, kui me kasvatame süsinik-nanotoru materjali vähemalt meetri pikkuseks."

Paljud peavad Elon Muski meie aja visionääriks – erakosmoseuuringute pioneeriks ja Hyperloopi transpordisüsteemi idee taga, mis suudab transportida inimesi Los Angelesest San Franciscosse läbi metalltoru vaid lühikese aja jooksul. 35 minutit. Kuid on ideid, mida isegi tema peab liiga kaugeleulatuvateks. Sealhulgas kosmoselift.

"See on uskumatult raske. Ma ei arva, et kosmoselifti ehitamine on realistlik idee, ӟtles Musk MIT-i konverentsil mullu oktoobris, lisades, et lihtsam oleks ehitada sild Los Angelesest Tokyosse kui lift, mis suudaks materjale kosmosesse vedada.

Inimeste ja kasulike koormate saatmist kosmosesse kapslites, mis kulgevad mööda hiiglaslikku kaablit, mida hoiab paigal Maa pöörlemine, oli kujutatud ulmekirjanike, nagu Arthur C. Clarke, teostes, kuid see ei olnud reaalses maailmas tõenäoliselt otstarbekas. Tuleb välja, et me petame iseennast ja meie võimetest ei piisa selle keerulise tehnilise probleemi lahendamiseks?

Kosmoseliftide pooldajad arvavad, et sellest piisab. Nad näevad keemilisi rakette kui aegunud, riskantseid, keskkonda kahjustavaid ja rahaliselt kurnavaid. Nende alternatiiviks on sisuliselt rongiliin kosmosesse: elektrijõul töötav kosmoselaev, mis liigub Maal ankrust raskeveokite nööril, mis on ühendatud vastukaaluga geostatsionaarsel orbiidil ümber planeedi. Kui kosmoseliftid on tööle hakanud, suudavad need kasulikku lasti kosmosesse toimetada vaid 500 dollari eest kilogrammi kohta, võrreldes praeguste hindadega 20 000 dollariga kilogrammi kohta.

"See fenomenaalselt võimas tehnoloogia võib inimkonnale päikesesüsteemi avada," ütleb rahvusvahelise kosmoseliftide konsortsiumi president Peter Swan. "Ma arvan, et esimesed liftid on robotiseeritud ja 10-15 aasta pärast valmistame kuus kuni kaheksa lifti, mis on piisavalt turvalised inimeste vedamiseks."

Kahjuks ei pea selline struktuur olema mitte ainult 100 000 kilomeetri pikkune – rohkem kui kaks korda suurem kui Maa ümbermõõt –, vaid peab kandma ka oma raskust. Seni pole Maal selliste omadustega materjali.

Kuid mõned teadlased usuvad, et seda saab teha ja see saab selle sajandi jooksul reaalsuseks. Jaapani suur ehitusfirma lubas selle luua 2050. aastaks aastal. Hiljuti nanokiududest teemanditaolise materjali välja töötanud Ameerika teadlased usuvad samuti, et enne sajandi lõppu ilmub kosmoselifti kaabel.

Sellise uskumatu konstruktsiooni disain põhineb spetsiaalsel õhukestest ja ülitugevatest süsiniknanotorudest valmistatud kaablil. Selle kaabli pikkus on 96 tuhat kilomeetrit.

Füüsikaseaduste kohaselt takistab tsentrifugaaljõud sellisel kaablil kukkumast, venitades seda kogu pikkuses. Õnnestumise korral suudab lift sõita kiirusega 200 km/h, tõstes salongi kuni 30 inimest. 36 tuhande kilomeetri kõrgusel, kuhu lift jõuab nädala pärast, on plaanis peatus. Lift tõstab turistid sellele kõrgusele ning teadlased ja spetsialistid saavad ronida päris tippu.

Moodsad ideed kosmoselifti kohta pärinevad aastast 1895, mil Konstantin Tsiolkovski sai inspiratsiooni Pariisi vastvalminud Eiffeli tornist ja arvutas välja kosmosesse ulatuva hoone ehitamise füüsika, et kosmoselaevad saaks orbiidilt ilma rakettideta välja saata. Arthur C. Clarke'i 1979. aastal ilmunud romaanis "Paradiisi purskkaevud" ehitab peategelane kosmoselifti, mille konstruktsioon on sarnane täna kasutuselevõetavale.

Aga kuidas muuta see reaalsuseks? "Mulle meeldib idee ennekuulmatus," ütleb Londoni ülikooli kolledži kõrguse, kosmose ja ekstreemmeditsiini keskuse asutaja Kevin Fong. "Ma mõistan, miks see idee inimestele meeldib, sest kui saaksite odavalt ja ohutult madalale Maa orbiidile jõuda, oleks sisemine päikesesüsteem teie käsutuses väga kiiresti."

Turvaprobleemid

Komistuskivi seisneb selles, kuidas sellist süsteemi üles ehitada. "Alustuseks tuleb see luua materjalist, mida veel ei eksisteeri, kuid mis on tugev ja paindlik, õigete massi- ja tihedusomadustega, et toetada transporti ja taluda uskumatuid välisjõude," ütleb Fong. "Ma arvan, et see kõik nõuab meie liigi ajaloo kõige ambitsioonikamaid orbiidimissioone ja kosmosekäike madalal ja kõrgel Maa orbiidil."

Ta lisab, et on ka ohutusega seotud muresid. "Isegi kui suudaksime lahendada olulised tehnilised raskused, mis on seotud sellise asja ehitamisega, on pilt, mis tekib, hirmutav pilt hiiglaslikust juustust, mille augud on teinud kogu kosmoserämps ja prügi peal."

Viimase 12 aasta jooksul on esitatud kolm detailplaneeringut. Esimene, mille avaldasid Brad Edwards ja Eric Westling 2003. aasta raamatus Space Elevators, nägi ette 20-tonnise kasuliku koorma kandmist, mille jõuallikaks olid Maal baseeruvad laserid, mille kilogrammi hind on 150 dollarit ja ehituse kogumaksumus 6 miljardit dollarit.

Võttes selle kontseptsiooni aluseks, 2013. aasta Rahvusvahelise Astronautide Assotsiatsiooni disain kaitses salongi juba esimesed 40 kilomeetrit ja varustas selle seejärel päikesepaneelidega. Transport maksab selle plaani alusel 500 dollarit kilogrammi kohta ja kogu konstruktsiooni ehitamine maksab esimese projekti puhul 13 miljardit dollarit (siis on alati odavam).

Need ettepanekud hõlmavad vastukaalu Maa orbiidil kinnipüütud asteroidi kujul. IAA aruanne näitab, et see punkt võib ühel päeval saada võimalikuks, kuid mitte lähitulevikus.

ujuv ankur

Selle asemel võiks 1900-tonnise osa, mis toetaks 6300-tonnist rihma, kokku panna kosmoselaevadest ja sõidukitest, mis seda sidet kosmosesse kandsid. Seda täiendavad ka püütud satelliidid, mis on lakanud töötamast ja jäetud kosmoseprahina orbiidile rippuma.

Samuti soovitasid nad kujutleda Maal asuvat ankrut ekvaatori lähedal asuva suure tankeri või lennukikandja suuruse ujuvplatvormina, kuna see suurendaks selle kandevõimet. Eelistatud asukoht on punkt, mis asub Galapagose saartest 1000 kilomeetrit läänes: orkaane, taifuune ja tornaadosid peetakse seal haruldaseks.

Obayashi Corp., üks Jaapani viiest suuremast ehitusettevõttest, avalikustas eelmisel aastal plaani veelgi tugevama kosmoselifti loomiseks, mis veaks maglev-mootoritega robotsõidukeid, nagu kiirraudteel kasutatavad mootorid. Need võiksid transportida vajaliku kaablitugevusega inimesi. See disain maksaks hinnanguliselt 100 miljardit dollarit, kuid transport maksaks 50–100 dollarit kilogrammi kohta.

Kuigi takistusi on kindlasti palju, on üks komponent, ilma milleta kosmoselifti ehitamine tänapäeval võimatu oleks, kaabel ise, ütleb Swan.

"Kaabli valmistamiseks materjali leidmine on suur tehnoloogiline probleem," ütleb ta. - Kõik muu on jama. Me saame seda kõike juba teha."

Teemanttraadid

Juhtivaks konkurendiks on süsiniknanotorudest valmistatud kaabel, mis on loodud laboris ja mille tõmbetugevus on 63 gigapaskalit – 13 korda tugevam kui parimal terasel.

Süsiniknanotorude maksimaalne pikkus on alates nende avastamisest 1991. aastal pidevalt kasvanud. 2013. aastal jõudsid Hiina teadlased juba poole meetrini. IAA raporti autorid näevad 2022. aastaks ette kilomeetripikkuse süsiniknanotorudest kaabli ja 2030. aastaks kosmoselifti tootmiseks vajaliku pikkuse.

Vahepeal avalikustati septembris uus kosmoselõa kandidaat. Pennsylvania osariigi ülikooli keemiaprofessori John Buddingu juhitud töörühm avaldas ajakirjas Nature artikli, milles nad ütlevad, et on loonud üliõhukesed teemant-nanokiud, mis võivad olla tugevamad ja jäigemad kui süsiniknanotorud.

Meeskond alustas benseeni kokkupressimisega atmosfäärirõhul 200 000 atmosfääri. Kui rõhk seejärel aeglaselt vabastati, kogunesid aatomid uuesti uueks, väga järjestatud struktuuriks, nagu tetraeedriks.

Need kujundid liidetud kokku, moodustades ülipeened nanokiud, mis on oma struktuurilt äärmiselt sarnased teemandiga. Kuigi nende tugevust pole nende suuruse tõttu veel võimalik otseselt mõõta, on teoreetilised arvutused näidanud, et kiud võivad olla tugevamad ja jäigemad kui tänapäeval kõige tugevamad sünteetilised materjalid.

Riski vähendamine

"Kui saaksime õppida teemant-nanokiududel või süsinik-nanotorudel põhinevaid materjale valmistama piisavalt pikki ja kvaliteetseid, võiks teaduse järgi alustada kosmoselifti ehitamist kohe," ütleb Budding.

Kuid isegi kui üks neist materjalidest osutus piisavalt tugevaks, jääb kosmoselifti üksikute elementide kokkupanek ja paigaldamine väga problemaatiliseks ettevõtmiseks. Muud peavalud hõlmavad turvalisust, raha kogumist, konkureerivate huvide rahuldamist jne. Vähemalt Swan ei muretse selle pärast.

"Muidugi tekivad tõsised probleemid, nagu need, kes ehitasid esimese mandritevahelise raudtee ning Panama ja Suessi kanalid," ütleb ta. "See võtab palju aega ja raha, kuid nagu kõik suured ettevõtted, tuleb teil takistused ületada ainult üks kord."

Isegi Musk ei suuda seda ideed diskrediteerida. "Sellest ei saa praegu rääkida," ütles ta. "Aga kui keegi suudaks mind vastupidises veenda, oleks see suurepärane."

Ja mõned teadlased avaldavad järgmised viis põhjust, miks sellist lifti kunagi ei ehitata:

1. Kaabli jaoks pole piisavalt tugevat materjali

Kaabli koormus võib ületada 100 000 kg/m, seega peab selle valmistamiseks kasutatav materjal olema venimisele vastupidavaks ülimalt tugeva tugevusega ja samal ajal väga väikese tihedusega. Kuigi sellist materjali pole, ei sobi isegi süsiniknanotorud, mida praegu peetakse planeedi tugevaimateks ja elastseimateks materjalideks.

Kahjuks hakatakse nende tootmise tehnoloogiat alles välja töötama. Siiani on olnud võimalik saada tillukesi materjalitükke: pikim nanotoru, mis on loodud, on paari sentimeetri pikkune ja mitme nanomeetri laiune. Kas sellest on kunagi võimalik piisavalt pikka kaablit teha, pole veel teada.

2. Vastuvõtlikkus ohtlikule vibratsioonile

Kaabel on vastuvõtlik päikesetuule ettearvamatutele puhangutele - selle mõjul see paindub ja see mõjutab negatiivselt lifti stabiilsust. Mikromootoreid saab kaabli külge kinnitada stabilisaatoritena, kuid see meede tekitab konstruktsiooni hooldamisel lisaraskusi. Lisaks raskendab see spetsiaalsete kajutite, nn mägironijate, liikumist mööda kaablit. Tõenäoliselt hakkab kaabel nendega resonantsi.

3. Coriolise jõud

Kaabel ja "ronijad" on Maa pinna suhtes liikumatud. Kuid Maa keskpunkti suhtes liigub objekt pinnal kiirusega 1700 km/h ja orbiidil 10 000 km/h. Sellest lähtuvalt tuleb "ronijatele" käivitamisel see kiirus anda. “Ronija” kiirendab kaabliga risti olevas suunas ja tänu sellele hakkab tross pendelina kõikuma. Samal ajal tekib jõud, mis püüab meie kaablit Maa küljest lahti rebida. Jõud on pöördvõrdeline kaabli läbipainega ja otseselt võrdeline koorma tõstmise kiiruse ja selle massiga. Seega takistab Coriolise jõud koormate kiiret tõstmist geostatsionaarsele orbiidile.
Coriolise jõuga saate võidelda, kui käivitate korraga kaks "ronijat" - Maalt ja orbiidilt, kuid siis venitab kahe koormuse vaheline jõud kaablit veelgi. Teine võimalus on piinavalt aeglane tõus röövikuradadel.

4. Satelliidid ja kosmosepraht

Viimase 50 aasta jooksul on inimkond kosmosesse saatnud palju objekte – kasulikke ja mitte nii kasulikke. Kas liftide ehitajad peavad selle kõik üles leidma ja eemaldama (mis on kasulike satelliitide või orbitaalteleskoopide arvu tõttu võimatu) või pakkuma süsteemi, mis kaitseb objekti kokkupõrgete eest. Kaabel on teoreetiliselt liikumatu, mistõttu iga ümber Maa pöörlev keha põrkab sellega varem või hiljem kokku. Lisaks on kokkupõrke kiirus peaaegu võrdne selle kere pöörlemiskiirusega, nii et kaabel saab suuri kahjustusi. Kaabliga ei saa manööverdada ja see on pikk, mistõttu on kokkupõrked sagedased.
Kuidas sellega toime tulla, pole veel selge. Teadlased räägivad orbitaalse kosmoselaseri ehitamisest prügi põletamiseks, kuid see on täiesti ulmevaldkonnast väljas.

5. Sotsiaalsed ja keskkonnariskid

Kosmoselift võib saada terrorirünnaku sihtmärgiks. Edukas lammutustöö põhjustab tohutut kahju ja võib isegi kogu projekti enda alla matta, nii et samal ajal kui lift, tuleb selle ümber ehitada ööpäevaringne kaitse.

Keskkonnakaitsjad usuvad, et paradoksaalsel kombel võib kaabel Maa telge nihutada. Kaabel kinnitatakse jäigalt orbiidile ja selle ülaosas liikumine peegeldub Maa peal. Muide, kas kujutate ette, mis juhtub, kui see ootamatult katki läheb?

Seega on sellist projekti Maal väga raske ellu viia. Nüüd on hea uudis: see töötab Kuul. Satelliidi gravitatsioonijõud on palju väiksem ja atmosfäär praktiliselt puudub. Maa gravitatsioonivälja saab luua ankru ja Lagrange'i punkti läbib Kuult tulev kaabel – seega saame sidekanali planeedi ja selle loodusliku satelliidi vahel. Soodsate tingimuste korral suudab selline kaabel Maa orbiidile transportida umbes 1000 tonni lasti päevas. Materjal peab muidugi olema ülitugev, kuid te ei pea midagi täiesti uut leiutama. Tõsi, Gomanovi trajektooriks nimetatava efekti tõttu peab "Kuu" lifti pikkus olema umbes 190 000 km.

allikatest