Ideja o vesoljskem dvigalu je bila omenjena v znanstvenofantastičnih delih britanskega pisatelja Arthurja Charlesa Clarka že leta 1979. V svojih romanih je zapisal, da je popolnoma prepričan, da bo nekoč takšno dvigalo zgrajeno.

Toda prvi, ki je prišel na tako čudno idejo, je bil ruski inženir in utemeljitelj ruske kozmonavtike Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Navdihnjen z gradnjo Eifflovega stolpa je predlagal gradnjo še višjega stolpa v višino več tisoč kilometrov. Tsiolkovsky je predlagal naselitev vesolja z uporabo orbitalnih postaj, predstavil ideje o vesoljskem dvigalu in plovilu na zračni blazini.

Vesoljsko dvigalo zveni fantastično. Toda tudi ljudje v 19. stoletju ne bi mogli verjeti v pojav takšnih tehničnih dosežkov, kot sta letalo ali vesoljska ladja. Obayashi Construction Corporation na Japonskem že razvija tehnično dokumentacijo za pripravo na gradnjo vesoljskega dvigala. Cena projekta je 12 milijard dolarjev. Gradnja objekta bo končana leta 2050.

Potencialne koristi uporabe vesoljskih dvigal so precej velike. Dejstvo je, da je premagovanje gravitacije s pomočjo reaktivnega pogona nepraktično. Na primer, samo enkratna izstrelitev raketoplana zahteva 500 milijonov dolarjev, zaradi česar izstrelitve tradicionalnih nosilnih raket niso več ekonomsko upravičene.

Vesoljsko dvigalo je sestavljeno iz treh glavnih delov: podstavka, kabla in protiuteži.

Ogromna platforma v oceanu, ki bi predstavljala osnovo dvigala, bi držala en konec kabla iz ogljikovih vlaken, na koncu katerega bi bila protiutež – težek predmet, ki bi deloval kot satelit, ki bi se vrtel za našim planetom in držal v orbiti s centrifugalno silo. Po tem kablu, raztegnjenem v nebo do višine do sto tisoč kilometrov, se bo tovor dvignil v vesolje.

Dostava kilograma tovora v vesolje z raketo stane do 15 tisoč dolarjev. Japonci so izračunali, da bi za dostavo tovora enake teže v orbito porabili ... 100 dolarjev

Vesoljsko dvigalo je skrbno izdelana ideja. Na primer, izračunali so, da kabel ne more biti iz jekla. Preprosto se bo zlomil pod težo. Material mora biti 90-krat močnejši in 10-krat lažji od jekla.

Inženirji so nameravali uporabiti ogljikove nanocevke kot kable, vendar se je izkazalo, da je iz takega materiala nemogoče splesti dolge kable.

Ravno pred kratkim se je pojavil izum, ki bo morda končno uresničil domišljijo o vesoljskem dvigalu. Skupina raziskovalcev pod vodstvom Johna Buddinga z Univerze v Pensilvaniji je iz mikroskopskih diamantov ustvarila ultratanke nanonitke, ki so bistveno močnejše od nanocevk in polimernih vlaken.

Tokyo Sky Tree je televizijski stolp v predelu Sumida, najvišji televizijski stolp na svetu.

Vodja raziskovalnega oddelka podjetja Obayashi Yoji Ishikawa meni, da lahko znanje in izkušnje Univerze v Pennsylvaniji resnično približajo človeštvo vesolju. Pravi, da mora novi material seveda prestati vrsto testov trdnosti, a zdi se, da je prav to tisto, kar so s sodelavci tako dolgo iskali.

Obayashi je že zgradil hitra dvigala za približno 635 metrov visok televizijski stolp

NASA je zdaj tudi tesno vključena v skrivni razvoj vesoljskega dvigala. V prihodnosti bo mogoče v orbito dostaviti dele velikanskih medplanetarnih plovil in jih sestaviti v vesolju. Takšen projekt je mogoče uresničiti le s pomočjo prostorskega dvigala.

Najpomembneje pa je, da bo država, ki bo prva zgradila vesoljsko dvigalo, več stoletij monopolizirala področje prevoza vesoljskega tovora.

Ilustracija za znanstvenofantastični roman Kima Stanleyja Robinsona "Green Mars", ki prikazuje
vesoljsko dvigalo, nameščeno na Marsu.

Vožnja z vesoljskim dvigalom bo verjetno spominjala na polet z balonom – brez ropota šob, brez oblakov besnega plamena. Zemlja gre gladko navzdol. Hiše postajajo vse manjše, ceste se spreminjajo v komaj opazne niti, srebrnasti trakovi rek pa se tanjšajo. Končno se spodnji, nečimrni svet skrije v oblake in razkrije se zgornji, transcendentalni svet. Atmosfera je minila, za steklom je vesoljna črnina. In kabina drsi vse višje po jeklenici, nevidna na modro-zelenem ozadju planeta in gre v brezdno praznino.

Tsiolkovsky je opisal tudi zasnovo, ki bi lahko povezala orbito s površjem Zemlje. V zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja je idejo razvil Jurij Arcutanov, Arthur Clarke pa jo je uporabil v romanu Rajske fontane. "World of Fantasy" se vrača k temi vesoljskega dvigala in si poskuša predstavljati, kako bi moralo delovati in kaj je zanj potrebno.

Geostacionarna orbita

Ali je možno, da satelit nepremično zmrzne nad glavo opazovalca? Če bi bila Zemlja nepremična, kot v ptolemajskem sistemu sveta, bi bil odgovor "ne" - navsezadnje brez centrifugalne sile satelit ne bi ostal v orbiti. Toda, kot vemo, sam opazovalec ni negiben, ampak se vrti skupaj s planetom. Če je orbitalna doba satelita enaka zvezdnemu dnevu (23 ur 56 minut 4 sekunde) in je njegova orbita v ekvatorialni ravnini, bo naprava lebdela nad tako imenovano "stojno točko".

Orbita, v kateri satelit miruje glede na svojo stacionarno točko, se imenuje geostacionarna. In to je izjemno pomembno za raziskovanje vesolja. Tam je večina komunikacijskih satelitov, komunikacije pa so glavna komercialna uporaba vesolja. Oddaje prek repetitorja, ki visi nad ekvatorjem, je mogoče sprejemati na stacionarnih "ploščah".

Obstaja tudi ideja o postavitvi postaje s posadko v geostacionarno orbito. za kaj? Prvič, za vzdrževanje in popravilo komunikacijskih satelitov. Da bi sateliti služili še več let, je pogosto treba le napolniti mikromotorje, ki zagotavljajo usmerjenost sončnih kolektorjev in antene. Postaja s posadko bo lahko manevrirala vzdolž geostacionarne orbite, se spustila (hkrati bo njena kotna hitrost postala višja od hitrosti "stoječih" satelitov), ​​dohitela vozilo, ki zahteva vzdrževanje, in se ponovno dvignila. To ne bo vzelo več goriva, kot ga porabi postaja v nizki orbiti, ko premaga trenje z redko atmosfero.

Zdi se, da je korist velika. Toda oskrba tako oddaljene postojanke bi bila predraga. Menjava posadke in pošiljanje transportnih ladij bosta zahtevali nosilne rakete, petkrat težje od tistih, ki se trenutno uporabljajo. Veliko bolj privlačna ideja je uporaba višinske postaje za izgradnjo vesoljskega dvigala.

Kabli

Kaj se zgodi, če vržemo kabel z geostacionarnega satelita v smeri Zemlje? Najprej ga bo Coriolisova sila odnesla naprej. Navsezadnje bo prejel enako hitrost kot satelit, vendar bo v nižji orbiti, kar pomeni, da bo njegova kotna hitrost višja. Toda čez nekaj časa bo kabel pridobil težo in visel navpično. Polmer vrtenja se bo zmanjšal in centrifugalna sila ne bo mogla več uravnotežiti sile gravitacije. Če boste še naprej jedkali vrv, bo prej ali slej dosegla površje planeta.

Da bi preprečili premik težišča sistema, je potrebna protiutež. Nekateri ljudje predlagajo uporabo izrabljenih satelitov ali celo majhnega asteroida kot balasta. Obstaja pa bolj zanimiva možnost - jedkati kabel v nasprotni smeri, od Zemlje. Prav tako se bo zravnal in raztegnil. A ne več pod lastno težo, temveč zaradi centrifugalne sile.

Drugi kabel bo bolj uporaben kot preprost balast. Poceni dostava tovora v geostacionarno orbito brez raket je koristna, vendar sama po sebi ne bo pokrila stroškov dvigala. Postaja na višini 36.000 kilometrov bo postala le prestopna točka. Nadalje, brez porabe energije, pospešene s centrifugalno silo, se bodo obremenitve premikale po drugem kablu. Na razdalji 144.000 kilometrov od Zemlje bo njihova hitrost presegla drugo kozmično hitrost. Dvigalo se bo spremenilo v katapult, ki bo s pomočjo energije vrtenja planeta pošiljal izstrelke na Luno, Venero in Mars.

Problem je kabel, ki se kljub fantastični dolžini ne sme zlomiti pod lastno težo. Pri jekleni vrvi se bo to zgodilo že na dolžini 60 kilometrov (mogoče pa tudi veliko prej, saj so napake pri prepletanju neizogibne). Zlomu se lahko izognete, če se debelina vrvi eksponentno povečuje z višino - navsezadnje mora vsak naslednji odsek prenesti lastno težo in težo vseh prejšnjih. Toda miselni eksperiment bo treba prekiniti: bližje zgornjemu koncu bo kabel dosegel takšno debelino, da zaloge železa v zemeljski skorji preprosto ne bodo dovolj.

Tudi najmočnejši polietilen "Dyneema", iz katerega so izdelani jopiči in vrvi za padala, ni primeren. Ima nizko gostoto, s presekom enega kvadratnega milimetra prenese obremenitev dveh ton in se zlomi pod lastno težo šele na dolžini 2500 kilometrov. Toda kabel Dainima mora imeti maso približno 300.000 ton in debelino 10 metrov na zgornjem koncu. Takšen tovor je skoraj nemogoče dostaviti v orbito, dvigalo pa je mogoče zgraditi le od zgoraj.

Upanje dajejo leta 1991 odkrite ogljikove nanocevke, ki so teoretično 30-krat močnejše od kevlarja (v praksi je polietilenska vrv še vedno močnejša). Če se potrdijo optimistične ocene o njihovem potencialu, bo mogoče izdelati trak s konstantnim presekom dolžine 36.000 km, težo 270 ton in nosilnostjo 10 ton. In če se potrdijo tudi pesimistične ocene, dvigalo z 1 milimetrom debelim kablom blizu Zemlje in 25 centimetrov v orbiti (masa 900 ton brez upoštevanja protiuteži) ne bo več znanstvena fantastika.

Dvigalo

Ustvarjanje dvigala za vesoljsko dvigalo je netrivialna naloga. Za izdelavo kabla morate samo razviti novo tehnologijo. Mehanizem, ki bi bil sposoben preplezati ta kabel in dostaviti tovor v orbito, še ni bil izumljen. "Zemeljska" metoda, ko je kabina pritrjena na vrv, navito na boben, ne zdrži kritike: masa tovora bo zanemarljiva v primerjavi z maso vrvi. Vlečnica se bo morala povzpeti sama.

Zdi se, da tega ni težko izvesti. Kabel je vpet med valje in stroj se plazi navzgor, ki ga drži trenje. A to je samo v znanstveni fantastiki vesoljsko dvigalo - stolp ali mogočen steber, znotraj katerega se premika kabina. V resnici bo površje Zemlje v najboljšem primeru dosegla komaj vidna nit: ozek trak. Stična površina valjev s podporo bo zanemarljiva, kar pomeni, da trenje ne more biti veliko.

Obstaja še ena omejitev - mehanizem ne sme poškodovati kabla. Žal, čeprav je nanotkanina neverjetno odporna na trganje, to ne pomeni, da jo je težko rezati ali strgati. Zamenjava zlomljenega kabla bo zelo težka. In če poči na visoki nadmorski višini, bo centrifugalna sila postajo odnesla daleč v vesolje in uničila celoten projekt. Da bi ohranili težišče sistema v orbiti v nujnih primerih, bodo morale biti majhne mine nameščene vzdolž celotne dolžine kabla. Če se ena od vej zlomi, takoj odstrelijo enak del nasprotne veje.

Obstaja veliko drugih zanimivih problemov, ki jih je treba rešiti. Na primer razhajanje dvigal, ki se premikajo drug proti drugemu, in reševanje potnikov iz "zagozdenih" kabin.

Najtežji problem je napajanje dvigala. Motor bo zahteval veliko energije. Zmogljivost baterij, tako obstoječih kot tistih v razvoju, je premajhna. Oskrba s kemičnim gorivom in oksidantom bo dvigalo spremenila v večstopenjski sistem rezervoarjev in motorjev. Mimogrede, ta čudovit dizajn ne potrebuje dragega kabla - trenutno obstaja in se imenuje "pogonska raketa".

Najlažji način je vgraditi kontaktne žice v kabel. Toda kabel ne bo zdržal teže kovinske napeljave, kar pomeni, da bo treba nanocevke »naučiti« prevajati električni tok. Avtonomno napajanje v obliki sončnih kolektorjev ali radioizotopskega vira je precej šibko: po najbolj optimističnih ocenah bo vzpon z njimi trajal desetletja. Jedrski reaktor z boljšim razmerjem med maso in močjo bi potreboval leta, da bi kabino spravil v orbito. Toda sama je pretežka in bo na poti zahtevala tudi dve ali tri dolivanja goriva.

Morda je najboljša možnost prenos energije z uporabo laserske ali mikrovalovne pištole, ki obseva sprejemno napravo dvigala. Ni pa brez pomanjkljivosti. Na sedanji ravni tehnologije je mogoče le manjši del prejete energije pretvoriti v električno energijo. Preostanek se bo spremenil v toploto, ki jo bo v brezzračnem prostoru zelo težko odstraniti.

Če se kabel poškoduje, bo serviserja težko pripeljati do poškodovanega območja. In če se pokvari, je prepozno (kader iz igre Halo 3: ODST)

Zaščita pred sevanjem

Slaba novica za tiste, ki se želijo voziti lahkotno: dvigalo bo šlo skozi zemeljske sevalne pasove. Magnetno polje planeta zajema delce sončnega vetra – protone in elektrone – in preprečuje, da bi nevarno sevanje doseglo površje. Posledično Zemljo v ekvatorialni ravnini obkrožata dva ogromna torusa, znotraj katerih so koncentrirani nabiti delci. Tudi vesoljska plovila se poskušajo izogniti tem območjem.

Prvi pas, protonska past, se začne na nadmorski višini 500–1300 kilometrov in konča na nadmorski višini 7000 kilometrov. Za njim je do višine približno 13.000 kilometrov razmeroma varno območje. A še dlje, med 13 in 20 tisoč kilometri, sega zunanji sevalni pas visokoenergijskih elektronov.

Orbitalne postaje se vrtijo pod sevalnimi pasovi. Vesoljska plovila s posadko so jih prečkala le med odpravami na Luno in za to porabila le nekaj ur. Toda žičnica bo potrebovala približno en dan, da premaga vsakega od pasov. To pomeni, da bo morala biti kabina opremljena z resno zaščito pred sevanjem.

Privezni stolp

Osnova vesoljskega dvigala si običajno predstavljamo kot kompleks nadzemnih struktur, ki se nahajajo nekje v Ekvadorju, džungli Gabona ali atolu v Oceaniji. Toda najbolj očitna rešitev ni vedno najboljša. Ko je vrvica izpuščena iz orbite, jo je mogoče pritrditi na krov ladje ali na vrh ogromnega stolpa. Plovilo se bo izognilo orkanom, ki lahko, če ne odtrgajo dvigala, ki ima precejšnje vetrove, pa odvržejo dvigala z njega.

Stolp visok 12-15 kilometrov bo kabel varoval pred silovitostjo atmosfere, poleg tega pa bo nekoliko skrajšal njegovo dolžino. Na prvi pogled se zdi korist nepomembna, a če je masa kabla eksponentno odvisna od njegove dolžine, bo že majhen dobiček dosegel opazne prihranke. Poleg tega privezni stolp omogoča približno podvojitev nosilnosti sistema z odpravo najtanjšega in najbolj ranljivega dela niti.

Vendar pa je tako visoko stavbo mogoče postaviti le na straneh znanstvenofantastičnih romanov. Teoretično je takšen stolp mogoče zgraditi iz materiala s trdoto diamanta. V praksi noben temelj ne bo vzdržal njegove teže.

Kljub temu je možno zgraditi privezni stolp na višini več kilometrov. Le gradbeni material naj ne bo beton, ampak plin: baloni, polnjeni s helijem. Takšen stolp bo »float«, katerega spodnji del je potopljen v atmosfero in zaradi Arhimedove sile podpira zgornji del, ki je že v skoraj brezzračnem prostoru. To strukturo je mogoče zgraditi od spodaj, iz posameznih, majhnih in popolnoma zamenljivih blokov. Nobenih temeljnih ovir ni, da bi "napihljivi stolp" dosegel višino 100 ali celo 160 kilometrov.

Tudi brez vesoljskega dvigala je "lebdeči stolp" smiseln. Kot elektrarna – če je zunanji ovoj pokrit s sončnimi paneli. Kot repetitor, ki oskrbuje območje s polmerom tisoč in pol kilometrov. Končno kot observatorij in baza za preučevanje zgornjih plasti ozračja.

In če ne ciljate na višino več sto kilometrov, lahko kot privezno postajo uporabite obročasti balon, "zasidran" na nadmorski višini 40 kilometrov. Ogromna zračna ladja (ali več zračnih ladij, ki se nahajajo ena nad drugo) bo razbremenila kabel dvigala in prevzela svojo težo v zadnjih desetih kilometrih.

Največ koristi pa bi prinesla premikajoča se platforma v obliki zračne ladje na visoki nadmorski višini, ki bi letela nad ekvatorjem s hitrostjo 360 km/h (kar je povsem mogoče doseči, če motor poganjajo sončne celice in jedrski reaktor). . V tem primeru satelitu ni treba lebdeti nad eno točko. Njegova orbita se bo nahajala 7000 kilometrov pod geostacionarno, kar bo zmanjšalo dolžino kabla za 20% in maso za 2,5-krat (ob upoštevanju koristi od uporabe "priveznega stolpa"). Ostaja še rešiti problem dostave tovora do same zračne ladje.

Gravitacijski katapult

Vesoljsko dvigalo je najambicioznejši, a ne edini projekt uporabe privezov za izstrelitev vesoljskih plovil. Nekatere druge načrte je mogoče uresničiti na sedanjem nivoju tehnologije.

Kaj se bo na primer zgodilo, če bo tovor, privezan s kablom, potisnil "navzgor" od raketoplana, ki visi v orbiti, stran od Zemlje? V skladu z zakonom o ohranitvi gibalne količine se bo ladja sama premaknila v nižjo orbito. In začelo bo padati. Tovor, ki s seboj vleče odvijajoči se kabel, bo s Coriolisovo silo najprej odvrnjen nazaj, nato pa bo pohitel »navzgor«. Dejansko bo s povečanjem polmera vrtenja gravitacija oslabela, centrifugalna sila pa se bo povečala. Sistem bo deloval kot trebušet – starodavni metalni stroj. Shuttle bo prevzel vlogo kletke s kamni, kabel se bo spremenil v zanko, os pa bo splošno središče mase sistema, ki je v začetni orbiti ladje v breztežnostnem stanju. Po zasuku glede na os se bo kabel poravnal v navpični smeri, raztegnil in vrgel obremenitev.

Razlika med gravitacijskim katapultom in vesoljskim dvigalom je v tem, da vlogo "kletke" v dvigalu igra sam planet, ki "pada" na nerazločno majhno višino glede na središče mase "zemeljskega projektila". sistem. V tem primeru bo porabljena kinetična energija shuttlea. Ladja bo del svojega zagona prenesla na tovor - recimo avtomatsko medplanetarno postajo - bo izgubila hitrost in višino ter vstopila v goste plasti ozračja. Kar je tudi dobro, saj morajo za deorbito shuttle običajno upočasniti motorji, ki zgorevajo gorivo.

S pomočjo kabelskega katapulta bo lahko raketoplan na Mars ali Venero poslal 2-3-krat več tovora kot na tradicionalen način. Kar pa sistemu shuttle še vedno ne bo omogočilo, da bi se po učinkovitosti kosal s konvencionalno nosilno raketo. Navsezadnje bo za izstrelitev "katapulta" potrebno v orbito izstreliti ne le tovor, ampak tudi ogromen kabel s "protiutežjo". Druga stvar je, da je protiutež za katapult mogoče najti neposredno v orbiti - primerna je na primer transportna ladja, ki je opravila svojo misijo. Poleg tega se okoli našega planeta vrti veliko »vesoljskih odpadkov«, ki jih bo treba v doglednem času zbrati.

* * *

Težave, povezane z gradnjo vesoljskega dvigala, še zdaleč niso rešene. Stroškovno učinkovita alternativa raketam in čolnom se ne bo pojavila kmalu. Toda trenutno je "stopnišče v praznino" najbolj fantastičen in obsežen projekt, na katerem dela znanost. Tudi če se struktura, katere dolžina je desetkrat večja od premera planeta, izkaže za neučinkovito, bo pomenila začetek nove stopnje v človeški zgodovini. Isti »izhod iz zibelke«, o katerem je pred več kot stoletjem govoril Konstantin Eduardovič Ciolkovski.

Vesoljsko dvigalo

Kdor misli, da je s pomočjo nanotehnologije mogoče ustvariti le nekaj submikroskopskega, človeškemu očesu nevidnega, bo verjetno presenečen nad projektom, ki so ga nedavno razvili Nasini strokovnjaki in je pritegnil toliko pozornosti znanstvenikov in nasploh. javnosti. Govorimo o projektu tako imenovanega vesoljskega dvigala.

Vesoljsko dvigalo je več deset tisoč kilometrov dolg kabel, ki povezuje vesoljsko postajo v orbiti s ploščadjo, ki se nahaja sredi Tihega oceana.

Ideja o vesoljskem dvigalu je stara več kot stoletje. Prvi je o tem leta 1895 spregovoril veliki ruski znanstvenik Konstantin Ciolkovski, utemeljitelj sodobne kozmonavtike. Poudaril je, da načelo, na katerem temelji sodobna raketna znanost, ne dovoljuje, da bi bile sodobne nosilne rakete učinkovito sredstvo za dostavo tovora v vesolje. Razlogov za to je več:

Prvič, učinkovitost sodobnih raket je zelo nizka zaradi dejstva, da gre levji delež moči motorjev prve stopnje za premagovanje sile gravitacije.

Drugič, znano je, da znatno povečanje mase goriva večkrat povzroči le majhno povečanje hitrostirakete. Zato je na primer ameriški raketni sistem Saturn-Apollo z izstrelitveno maso 2900 ton v orbito izstrelil le 129 ton. Od tod tudi astronomski strošek izstrelitev v vesolje z uporabo raket (strošek izstrelitve kilograma tovora v nizko orbito je v povprečju približno 10.000 $.)

In kljub večkratnim poskusom znižanja stroškov izstrelitve raket se zdi, da so stroški prevoza blaga in ljudi v orbito radikalno znižani na stroške standardnega zračnega prevoza, ki temelji na sodobnih raketnih tehnologijah.

načeloma nemogoče.

Za cenejše pošiljanje tovora v vesolje so raziskovalci Nacionalnega laboratorija Los Alamos predlagali izdelavo vesoljskega dvigala. Po predhodnih ocenah bi lahko stroški izstrelitve tovora z dvigalom padli z več deset tisoč dolarjev na 10 dolarjev na kilogram. Znanstveniki verjamejo

da bi lahko vesoljsko dvigalo svet dobesedno obrnilo na glavo in človeštvu dalo popolnoma nove priložnosti.

V bistvu bo dvigalo kabel, ki povezuje orbitalno postajo s ploščadjo na površini Zemlje. Kabine, nameščene na gosenicah, se bodo premikale gor in dol po kablu, prenašale satelite in sonde, ki jih je treba izstreliti v orbito. S pomočjo tega dvigala bo na samem vrhu možno zgraditi izstrelitveno ploščad v vesolju za vesoljska plovila proti Luni, Marsu, Veneri in asteroidom. Problem oskrbe z energijo samih »kabin« dvigal so rešili na izviren način: kabel bodo prekrili s solarnimi paneli ali pa bodo kabine opremili z majhnimi fotovoltaičnimi paneli, ki jih bodo osvetljevali z močnimi laserji z Zemlje.

Znanstveniki predlagajo postavitev zemeljske baze vesoljskega dvigala v ocean, v ekvatorialne vode Tihega oceana, na stotine kilometrov od poti komercialnih letov. Znano je, da orkani nikoli ne prečkajo ekvatorja in tukaj skorajda ni strele, kar bo dvigalo dodatno zaščitilo.

Vesoljsko dvigalo je opisano v delih Ciolkovskega, pa tudi pisatelja znanstvene fantastike Arthurja C. Clarka, projekt za izgradnjo takšnega dvigala pa je leta 1960 razvil leningrajski inženir Jurij Artsutanov. Dolga leta je bil aktiven promotor ideje o vesoljskem dvigalu Astrakhan

znanstvenik G. Polyakov.

Toda do zdaj še nihče ni mogel ponuditi tako lahkega in močnega materiala, da bi ga lahko uporabili za izdelavo vesoljskega kabla. Do nedavnega je bil najtrpežnejši material jeklo. A več tisoč kilometrov dolge jeklenice ni mogoče narediti, saj že poenostavljeni izračuni kažejo, da bi se jeklenica zahtevane trdnosti pod lastno težo zrušila že na višini 50 km.

Z razvojem nanotehnologije pa se je pojavila prava priložnost, da na osnovi vlaken iz ultra močnih in ultra lahkih ogljikovih nanocevk izdelamo kabel z zahtevanimi lastnostmi iz nanocevk, vendar se po besedah ​​razvijalcev projekta tehnologije proizvodnje nanocevk vsak dan izboljšujejo, zato bo takšen kabel lahko narejen v nekaj letih.

Glavni element dvigala je kabel, katerega en konec je pritrjen na površino Zemlje, drugi pa je izgubljen v vesolju na nadmorski višini približno 100 tisoč km. Ta kabel ne bo samo "visel" v vesolju, ampak bo razpet kot struna, zahvaljujoč vplivu dveh večsmernih sil: središča

bežeče in centripetalno.

Da bi razumeli njihovo naravo, si predstavljajte, da ste privezali predmet na vrv in ga začeli odvijati. Takoj, ko doseže določeno hitrost, se vrv napne, saj na predmet deluje centrifugalna sila, na samo vrv pa centripetalna sila, ki jo vleče. Nekaj ​​podobnega se bo zgodilo s kablom, dvignjenim v vesolje. Vsak predmet na njegovem zgornjem koncu ali celo sam prosti konec se bo vrtel, kot umetni satelit našega planeta, le "vezan" s posebno "vrvjo" na zemeljsko površino.

Ravnovesje sil bo nastopilo, ko bo središče mase velikanske vrvi na višini 36 tisoč kilometrov, torej v tako imenovani geostacionarni orbiti. Tam nad Zemljo nepremično visijo umetni sateliti, ki v 24 urah z njo naredijo poln obrat. V tem primeru ne bo le napeto, ampak bo lahko tudi nenehno zasedalo strogo določen položaj - navpično na zemeljsko obzorje, točno proti središču našega planeta.

Slika 24. Vesoljsko dvigalo, kot si ga je zamislil umetnik Pat Rawlings*

Ponatis iz http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Za začetek gradnje vesoljskega dvigala bo potrebno opraviti nekaj letov raketoplana. Oni in posebna platforma z lastnim avtonomnim motorjem bodo v geostacionarno orbito dostavili 20 ton kabla. Nato naj bi en konec kabla spustil na Zemljo in ga pritrdil nekje v ekvatorialnem pasu Tihega oceana na ploščad, podobno sedanji izstrelitveni ploščadi za izstreljevanje raket.

Nato nameravajo vzdolž kabla postaviti posebna dvigala, ki bodo kablu dodajala vedno več plasti prevleke iz nanocevk, kar bo povečalo njegovo trdnost. Ta proces naj bi trajal nekaj let in prvo vesoljsko dvigalo bo pripravljeno.

Nenavadna naključja: leta 1979 je pisatelj znanstvene fantastike Arthur C. Clarke v svojem romanu "Rajske fontane" predstavil idejo o "vesoljskem dvigalu" in predlagal zamenjavo jekla z določenim ultra močnim "psevdo-enim". -dimenzionalni diamantni kristal,« ki je postal glavni gradbeni material za to napravo. Najbolj zanimivo pa je, da je trenutna stopnja zanimanja za projekt izgradnje vesoljskega dvigala povezana prav z ogljikovimi kristali - nanocevkami, ki imajo izjemne lastnosti, s katerimi smo se že seznanili.

In kar je popolnoma presenetljivo: fizik, eden od udeležencev pri razvoju vesoljskega dvigala, se imenuje Ron Morgan. Morgan je bilo tudi ime lika v romanu Arthurja C. Clarka, inženirja, ki je zgradil vesoljsko dvigalo!

Zamisel o astro-inženirski strukturi za izstrelitev tovora v planetarno orbito ali celo zunaj nje.
Prvič je takšno idejo izrazil Konstantin Tsiolkovsky leta 1895, ideja je bila podrobno razvita v delih Jurija Artsutanova. Hipotetična zasnova temelji na uporabi kabla, raztegnjenega od površine planeta do orbitalne postaje v GEO.
Kabel zahteva izjemno visoko natezno trdnost v kombinaciji z nizko gostoto. Po teoretičnih izračunih se zdijo ogljikove nanocevke primeren material. Če predpostavimo njihovo primernost za izdelavo kabla, potem je ustvarjanje vesoljskega dvigala rešljiv inženirski problem, čeprav zahteva uporabo naprednega razvoja in visoke stroške drugačne vrste. Izdelava dvigala je ocenjena na 7-12 milijard ameriških dolarjev. NASA že financira s tem povezan razvoj na Ameriškem inštitutu za znanstvene raziskave, vključno z razvojem dvigala, ki se lahko samostojno premika po kablu.
Vsebina [odstrani]
1 Oblikovanje
1.1 Temelj
1.2 Kabel
1.2.1 Zgostitev kabla
1.3 Dvig
1.4 Protiutež
1.5 Kotna količina, hitrost in nagib
1.6 Izstrelitev v vesolje
2 Gradnja
3 Ekonomika vesoljskega dvigala
4 Dosežki
5 Literatura
6 Vesoljsko dvigalo v različnih delih
7 Glej tudi
8 Opombe
9 Povezave
9.1 Organizacije
9.2 Razno
Oblikovanje

Obstaja več možnosti oblikovanja. Skoraj vsi vključujejo podlago (bazo), kabel (kabel), dvigala in protiutež.
Osnova
Osnova vesoljskega dvigala je mesto na površini planeta, kjer je pritrjen kabel in se začne dviganje tovora. Lahko je premično, postavljeno na čezoceansko plovilo.
Prednost premične baze je možnost izvajanja manevrov za izogibanje orkanom in nevihtam. Prednosti stacionarnega podstavka so cenejši in dostopnejši viri energije ter možnost zmanjšanja dolžine kabla. Razlika v nekaj kilometrih kabla je relativno majhna, vendar lahko pomaga zmanjšati zahtevano debelino njegovega srednjega dela in dolžino dela, ki izhaja za geostacionarno
orbita.
Kabel Kabel mora biti izdelan iz materiala z izjemno visokim razmerjem med natezno trdnostjo in specifično težo. Vesoljsko dvigalo bo ekonomsko upravičeno, če je mogoče v industrijskem obsegu po razumni ceni izdelati kabel z gostoto, primerljivo z grafitom, in trdnostjo približno
65–120 gigapaskalov.
Ogljikove nanocevke bi morale imeti po teoriji veliko večjo razteznost od tiste, ki jo zahteva vesoljsko dvigalo. Vendar se tehnologija za njihovo proizvodnjo v industrijskih količinah in tkanje v kable šele začenja razvijati. Teoretično bi morala biti njihova trdnost večja od 120 GPa, v praksi pa je bil največji raztezek enostenske nanocevke 52 GPa, v povprečju pa so se zlomile v območju 30–50 GPa.
Najmočnejša nit, stkana iz nanocevk, bo šibkejša od svojih komponent.

Raziskave za izboljšanje čistosti materiala cevi in ​​ustvarjanje različnih vrst cevi se nadaljujejo.
Večina projektov vesoljskih dvigal uporablja enostenske nanocevke. Večplasti imajo večjo trdnost, vendar so težji in imajo nižje razmerje med trdnostjo in gostoto. Možna možnost je uporaba visokotlačnega lepljenja enostenskih nanocevk. Čeprav se v tem primeru izgubi moč zaradi zamenjave vezi sp² (grafit, nanocevke) z vezjo sp³ (diamant), jih bodo van der Waalsove sile bolje držale v enem vlaknu in omogočile proizvodnjo vlaken poljubne dolžine [vir ni naveden]
Defekti kristalne mreže zmanjšajo trdnost nanocevk
V poskusu znanstvenikov z Univerze Južne Kalifornije (ZDA) so enostenske ogljikove nanocevke pokazale specifično trdnost, ki je 117-krat večja od jekla in 30-krat večja od kevlarja. Doseči je bilo mogoče vrednost 98,9 GPa, največja vrednost dolžine nanocevke je bila 195 μm.
Tehnologija tkanja takih vlaken je še v povojih. Po mnenju nekaterih znanstvenikov tudi ogljikove nanocevke ne bodo nikoli dovolj močne, da bi naredile kabel za vesoljska dvigala. Eksperimenti znanstvenikov
s Tehnološkega

Univerza v Sydneyju je omogočila izdelavo grafenskega papirja. Testi vzorcev so spodbudni: gostota materiala je pet- do šestkrat manjša od gostote jekla, medtem ko je natezna trdnost desetkrat večja kot pri ogljikovem jeklu. Hkrati je grafen dober prevodnik električnega toka, kar omogoča, da se uporablja za prenos moči na dvigalo, kot kontaktno vodilo.

Prostorsko dvigalo mora nositi vsaj lastno težo, ki je zaradi dolžine kabla precejšnja. Zgostitev na eni strani poveča trdnost kabla, na drugi strani pa doda svojo težo in s tem potrebno trdnost. Obremenitev na njem se bo na različnih mestih razlikovala: v nekaterih primerih mora del vrvi podpirati težo segmentov, ki se nahajajo spodaj, v drugih pa mora vzdržati centrifugalno silo, ki drži zgornje dele vrvi v orbiti. Za srečanje tem pogojem in za dosego optimalnosti kabla na vsaki točki bo njegova debelina spremenljiva.
Lahko se pokaže, da bo ob upoštevanju Zemljine gravitacije in centrifugalne sile (vendar brez upoštevanja manjšega vpliva Lune in Sonca) presek kabla glede na višino opisan z naslednjo formulo:

Tukaj je A® površina prečnega prereza kabla kot funkcija razdalje r od središča Zemlje.
Formula uporablja naslednje konstante:
A0 je površina prečnega prereza kabla na ravni zemeljske površine.
ρ je gostota materiala kabla.
s je natezna trdnost materiala kabla.
ω je krožna frekvenca vrtenja Zemlje okoli svoje osi, 7,292×10−5 radianov na sekundo.
r0 je razdalja med središčem Zemlje in vznožjem kabla. Je približno enako polmeru Zemlje, 6,378 km.
g0 je gravitacijski pospešek na dnu kabla, 9,780 m/s².
Ta enačba opisuje privez, katerega debelina se najprej eksponentno poveča, nato se njegova rast upočasni na višini več zemeljskih radijev, nato pa postane konstantna in na koncu doseže geostacionarno orbito. Po tem se začne debelina spet zmanjševati.
Tako je razmerje med prečnimi prerezi kabla na dnu in na GSO (r = 42,164 km):
Če tukaj nadomestimo gostoto in trdnost jekla ter premer kabla na nivoju tal 1 cm, dobimo premer na nivoju GSO nekaj sto kilometrov, kar pomeni, da jeklo in drugi materiali, ki jih poznamo, niso primerni za gradnjo dvigalo.
Iz tega sledi, da obstajajo štirje načini za doseganje razumnejše debeline kabla na ravni GSO:
Uporabite manj gost material. Ker je gostota večine trdnih snovi v razmeroma majhnem območju od 1000 do 5000 kg/m³, je malo verjetno, da bi tukaj kaj dosegli.
Uporabite bolj trpežen material. Raziskave gredo predvsem v to smer. Ogljikove nanocevke so več desetkrat močnejše od najboljšega jekla in bodo znatno zmanjšale debelino kabla na ravni GSO.
Dvignite dno kabla višje. Zaradi prisotnosti eksponente v enačbi bo že rahlo dviganje osnove močno zmanjšalo debelino kabla. Predlagani so stolpi do višine 100 km, ki se bodo poleg varčevanja na kablu izognili vplivom atmosferskih procesov.
Naj bo osnova kabla čim tanjša. Še vedno mora biti dovolj debel, da podpira obremenjeno dvigalo, zato je najmanjša debelina na dnu odvisna tudi od trdnosti materiala. Kabel iz ogljikovih nanocevk mora biti na dnu debel le en milimeter.
Drugi način je, da je osnova dvigala premična. Gibanje tudi s hitrostjo 100 m/s bo že prineslo povečanje krožne hitrosti za 20 % in zmanjšanje dolžine kabla za 20-25 %, zaradi česar bo ta lažji za 50 odstotkov ali več. Če "zasidrate" kabel pri nadzvočnem[vir ni določeno 664 dni] na letalu ali vlaku, potem se dobiček v masi kabla ne bo več meril v odstotkih, ampak v desetinah (vendar se izgube ne upoštevajo za odpor zrak).
Dvigalo

Univerza v Sydneyju je omogočila izdelavo grafenskega papirja. Testi vzorcev so spodbudni: gostota materiala je pet- do šestkrat manjša od gostote jekla, medtem ko je natezna trdnost desetkrat večja kot pri ogljikovem jeklu. Hkrati je grafen dober prevodnik električnega toka, kar omogoča, da se uporablja za prenos moči na dvigalo, kot kontaktno vodilo.
Preveriti je treba točnost dejstev in zanesljivost informacij, predstavljenih v tem članku.
Na pogovorni strani bi morala biti razlaga.

Slog tega razdelka je neenciklopedičen ali krši norme ruskega jezika.
Razdelek je treba popraviti v skladu s slogovnimi pravili Wikipedije.

Konceptualna risba vesoljskega dvigala, ki se dviga skozi oblake
Vesoljsko dvigalo ne more delovati kot običajno dvigalo (s premikajočimi se kabli), ker debelina njegovega kabla ni konstantna. Večina projektov uporablja dvigalo, ki se vzpenja po fiksnem kablu, čeprav so bili predlagani tudi majhni segmentirani premični kabli, ki potekajo vzdolž glavnega kabla.
Predlagane so različne metode za izdelavo dvigal. Na ravnih kablih lahko uporabite pare valjev, ki jih drži trenje. Druge možnosti so premikajoče se napere s kavlji na ploščah, valji z zložljivimi kavlji, magnetna levitacija (malo verjetno, ker bo treba na kabel pritrditi okorne poti) itd. [vir ni naveden 661 dni]
Resna težava pri načrtovanju dvigala je vir energije [vir ni naveden 661 dni]. Malo verjetno je, da bo gostota shranjevanja energije kdaj dovolj visoka, da bi dvigalo imelo dovolj energije za vzpon po celotnem kablu. Možni zunanji viri energije so laserski ali mikrovalovni žarki. Druge možnosti so uporaba zavorne energije dvigal, ki se premikajo navzdol; razlika v temperaturah troposfere; ionosferska razelektritev itd. Glavna možnost [vir ni naveden 661 dni] (energijski žarki) ima povezane resne težave
z učinkovitostjo in odvajanje toplote na obeh koncih, čeprav je to izvedljivo, če smo optimistični glede prihodnjega tehnološkega napredka. Dvigala naj si sledijo na optimalni razdalji, da se zmanjša obremenitev kabla in njegovo nihanje
in maksimiraj
prepustnost. Najbolj nezanesljivo območje kabla je blizu njegove osnove; ne sme biti več kot en dvig [vir ni naveden 661 dni].
Dvigala, ki se premikajo samo navzgor, bodo povečala zmogljivost, vendar ne bodo omogočila uporabe zavorne energije pri premikanju navzdol in ne bodo mogla vrniti ljudi na tla.

Poleg tega je treba sestavne dele takih dvigal uporabiti v orbiti za druge namene. V vsakem primeru so majhne vlečnice boljše od velikih, saj bo njihov urnik bolj fleksibilen, vendar nalagajo več tehnoloških omejitev.
Poleg tega bo sama nit dvigala nenehno pod vplivom Coriolisove sile in atmosferskih tokov. Poleg tega, ker mora biti "dvigalo" nameščeno nad nadmorsko višino geostacionarne orbite, bo podvrženo stalnim obremenitvam, vključno s koničnimi obremenitvami, na primer trzanje [vir ni naveden 579 dni].
Če pa se zgoraj omenjene ovire nekako odpravijo, potem je vesoljsko dvigalo mogoče realizirati. Vendar bo tak projekt izjemno drag, vendar bo v prihodnosti lahko konkuriral vesoljskim plovilom za enkratno in ponovno uporabo [vir ni naveden 579 dni].
Protiutež
Ta članek nima povezav do virov informacij. Podatki morajo biti preverljivi, sicer so lahko vprašljivi in ​​izbrisani. orbito ali nadaljevanje samega priveza na precejšnji razdalji Prednosti stacionarnega podstavka so cenejši in dostopnejši viri energije ter možnost zmanjšanja dolžine kabla. Razlika v nekaj kilometrih kabla je relativno majhna, vendar lahko pomaga zmanjšati zahtevano debelino njegovega srednjega dela in dolžino dela, ki izhaja orbita. Druga možnost je v zadnjem času postala bolj priljubljena, ker jo je lažje izvesti, poleg tega pa je lažje izstreliti obremenitve na druge planete s konca podolgovatega kabla, saj ima pomembno hitrost glede na Zemljo.
Kotni moment, hitrost in nagib

Univerza v Sydneyju je omogočila izdelavo grafenskega papirja. Testi vzorcev so spodbudni: gostota materiala je pet- do šestkrat manjša od gostote jekla, medtem ko je natezna trdnost desetkrat večja kot pri ogljikovem jeklu. Hkrati je grafen dober prevodnik električnega toka, kar omogoča, da se uporablja za prenos moči na dvigalo, kot kontaktno vodilo.
Preveriti je treba točnost dejstev in zanesljivost informacij, predstavljenih v tem članku.
Na pogovorni strani bi morala biti razlaga.

Ta članek ali razdelek potrebuje revizijo.
Prosimo, izboljšajte članek v skladu s pravili za pisanje člankov.

Poleg tega je treba sestavne dele takih dvigal uporabiti v orbiti za druge namene. V vsakem primeru so majhne vlečnice boljše od velikih, saj bo njihov urnik bolj fleksibilen, vendar nalagajo več tehnoloških omejitev.
Poleg tega bo sama nit dvigala nenehno pod vplivom Coriolisove sile in atmosferskih tokov. Poleg tega, ker mora biti "dvigalo" nameščeno nad nadmorsko višino geostacionarne orbite, bo podvrženo stalnim obremenitvam, vključno s koničnimi obremenitvami, na primer trzanje [vir ni naveden 579 dni].
Če pa se zgoraj omenjene ovire nekako odpravijo, potem je vesoljsko dvigalo mogoče realizirati. Vendar bo tak projekt izjemno drag, vendar bo v prihodnosti lahko konkuriral vesoljskim plovilom za enkratno in ponovno uporabo [vir ni naveden 579 dni].
Protiutež

Ko se dvigalo premika navzgor, se dvigalo nagne za 1 stopinjo, ker se vrh dvigala premika okoli Zemlje hitreje kot spodnji (Coriolisov učinek). Merilo ni shranjeno
Horizontalna hitrost vsakega odseka kabla narašča z višino sorazmerno z razdaljo do središča Zemlje in doseže na geostacionarni orbita prve ubežne hitrosti. Zato mora pri dvigovanju bremena pridobiti dodatno kotno količino (vodoravno hitrost).
Kotni moment se pridobi zaradi vrtenja Zemlje. Dvigalo se sprva giblje nekoliko počasneje od jeklenice (Coriolisov učinek), s čimer se jeklenica »upočasni« in rahlo odkloni proti zahodu. Pri hitrosti vzpona 200 km/h se kabel nagne za 1 stopinjo. Horizontalna komponenta napetosti
v nenavpičnem
kabel potegne tovor na stran in ga pospeši v vzhodni smeri (glej diagram) - zaradi tega dvigalo pridobi dodatno hitrost. Po tretjem Newtonovem zakonu kabel nekoliko upočasni Zemljo.
Hkrati pa vpliv centrifugalne sile prisili kabel, da se vrne v energijsko ugodno navpično lego, tako da bo v stanju stabilnega ravnotežja. Če je težišče dvigala vedno nad geostacionarno orbito, ne glede na hitrost dvigala ne bo padlo.
Do trenutka, ko tovor doseže GEO, je njegova kotna količina (vodoravna hitrost) zadostna za izstrelitev tovora v orbito.
Pri spuščanju bremena se bo zgodil obratni proces, nagib kabla proti vzhodu.
Izstrelitev v vesolje
Gradnja

Gradnja je v teku iz geostacionarja postaje. To je edina stvar kraj, kjer lahko pristane vesoljsko plovilo. En konec se spusti na površje Zemlje, raztegnjena s silo gravitacije. Še en, za uravnoteženje, - v nasprotni smeri stran, ki jo vleče centrifugalna sila. To pomeni, da je treba vse materiale za gradnjo dvigniti na geostacionarno orbiti na tradicionalen način, ne glede na destinacijo tovora. Se pravi strošek dviga celotnega vesoljskega dvigala na geostacionarno orbita - minimalna cena projekta.
Ekonomika vesoljskega dvigala

Domnevno bo vesoljsko dvigalo močno znižalo stroške pošiljanja tovora v vesolje.
Vesoljska dvigala so draga za izdelavo, vendar so njihovi obratovalni stroški nizki, zato jih je najbolje uporabljati v daljšem časovnem obdobju za zelo velike količine tovora. Trenutno trg za lansiranje tovorov morda ni dovolj velik, da bi upravičil gradnjo dvigala, vendar bi moralo dramatično znižanje cene voditi k večji raznolikosti tovorov. Na enak način se opravičuje tudi druga prometna infrastruktura - avtoceste in železnice.
Stroški razvoja dvigala so primerljivi s stroški razvoja raketoplana [vir ni naveden 810 dni]. na geostacionarniŠe vedno ni odgovora na vprašanje, ali bo vesoljsko dvigalo povrnilo vanj vloženi denar ali pa bi ga bilo bolje vložiti v nadaljnji razvoj raketne tehnologije.
Ne smemo pozabiti na omejitev števila relejnih satelitov na geostacionarno orbita: Trenutno mednarodni sporazumi dovoljujejo 360 satelitov - en transponder na kotno stopinjo, da bi se izognili motnjam pri oddajanju v frekvenčnem pasu Ku.
Za frekvence C je število satelitov omejeno na 180. Tako je vesoljsko dvigalo minimalno primerno za množične izstrelitve orbita [vir ni naveden 554 dni] in je najbolj primeren za raziskovanje vesolja in predvsem Lune.
Ta okoliščina pojasnjuje pravi komercialni neuspeh projekta, saj so glavni finančni stroški nevladnih organizacij osredotočeni na
za posredovanje satelitov,

Od leta 2005 v Združenih državah poteka letno tekmovanje Space Elevator Games, ki ga organizira Spaceward Foundation ob podpori Nase. V teh tekmovanjih sta dve kategoriji: "najboljša žica" in "najboljši robot (dvigalo)".
V tekmovanju v dviganju mora robot premagati določeno razdaljo in plezati po navpičnem kablu s hitrostjo, ki ni nižja od tiste, ki jo določajo pravila. (na tekmovanjih Leta 2007 so bili standardi naslednji: dolžina kabla - 100 m, minimalna hitrost - 2 m/s).
Najboljši rezultat leta 2007 je bila pretečena razdalja 100 m s povprečno hitrostjo 1,8 m/s.
Skupni nagradni sklad za tekmovanje Space Elevator Games leta 2009 je znašal 4 milijone dolarjev. Pri tekmovanju v moči vrvi morajo udeleženci imeti na voljo dvometrski obroč izdelan iz težkega
material, ki tehta največ 2 grama, ki ga posebna instalacija preizkusi na natezno trdnost.
Za zmago na tekmovanju mora biti moč kabla v tem indikatorju vsaj 50% večja od vzorca, ki je že na voljo NASI.
Doslej najboljši rezultat pripada kablu, ki je zdržal obremenitev do 0,72 tone.
Konkurenca ne vključuje Liftport Group, ki je zaslovela zaradi svojih trditev, da je leta 2018 lansirala vesoljsko dvigalo (kasneje prestavljeno na leto 2031).

Liftport izvaja lastne poskuse, leta 2006 je na primer robotsko dvigalo preplezalo močno vrv, napeto s pomočjo balonov. Od kilometra in pol je žičnica uspela premagati le 460 metrov. na električni lokomotivi"časopis "Komsomolskaya Pravda" z dne 31. julija 1960.
Alexander Bolonkin “Neraketna vesoljska izstrelitev in let”, Elsevier, 2006, 488 str.
http://www.scribd.com/doc/24056182

Vesoljsko dvigalo v različnih delih Eno od znanih del Arthurja C. Clarka, The Fountains of Paradise, temelji na ideji o vesoljskem dvigalu. Poleg tega se pojavi vesoljsko dvigalo in v finalu
deli njegove slavne tetralogije Vesoljska odiseja (3001: The Final Odyssey).
Battle Angel ima kiklopsko vesoljsko dvigalo, na enem koncu katerega je Sky City Salem (za meščane) skupaj s spodnjim mestom (za ne-meščane), na drugem koncu pa je vesoljsko mesto Yeru. Podobna struktura se nahaja na drugi strani Zemlje.
V Star Trek: Voyager epizoda 3x19 "Vzpon" vesoljsko dvigalo pomaga posadki pobegniti s planeta z nevarno atmosfero.
Civilization IV ima vesoljsko dvigalo. Tam je eden poznejših »velikih čudežev«.
Znanstvenofantastični roman Timothyja Zahna "Silkworm" (1985) omenja planet, ki je sposoben proizvajati super vlakna. Ena od ras, ki se zanimajo za planet, je želela dobiti to vlakno posebej za gradnjo vesoljskega dvigala. V dilogiji Sergeja Lukjanenka "Zvezde so hladne igrače" je ena od nezemeljskih civilizacij v procesu medzvezdne trgovine na Zemljo dostavila super močne niti, ki bi jih lahko uporabili za izgradnjo vesoljskega dvigala. Toda nezemeljske civilizacije so vztrajale izključno ob uporabi
jih za predvideni namen – pomoč pri porodu.
V animeju Mobile Suit Gundam 00 so tri vesoljska dvigala, nanje pa je pritrjen tudi obroč sončnih kolektorjev, ki omogoča uporabo vesoljskega dvigala za pridobivanje električne energije.
V animeju Z.O.E. Dolores prikazuje vesoljsko dvigalo, prikazuje pa tudi, kaj bi se lahko zgodilo v primeru terorističnega napada.
V znanstvenofantastičnem romanu "Obsojeni na zmago" J. Scalzija (angl. Scalzi, John. Old Man's War) se sistemi vesoljskih dvigal aktivno uporabljajo na Zemlji, številnih zemeljskih kolonijah in nekaterih planetih drugih visoko razvitih inteligentnih ras za komunikacijo z privezi medzvezdnih ladij.
Fantastični roman Alastairja Reynoldsa The City of the Abyss daje podroben opis strukture in delovanje vesoljsko dvigalo, opisan je proces njegovega uničenja (zaradi terorističnega napada).
Znanstvenofantastični roman Terryja Pratchetta Strata prikazuje črto, izjemno dolgo umetno molekulo, ki se uporablja kot vesoljsko dvigalo.
Omenjeno v pesmi skupine Zvuki Mu "Elevator to Heaven"
Vesoljsko dvigalo je omenjeno v anime seriji Trinity Blood, v kateri vesoljska ladja Arc služi kot protiutež.
Na samem začetku igre Sonic Colors je mogoče videti Sonica in Tailsa, kako se z vesoljskim dvigalom odpravita v park Dr. Eggman's
Glej tudi

Vesoljska pištola
Začnite zanko
Vesoljska fontana
Opombe

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Vesoljsko dvigalo in nanotehnologijo
V vesolje - z dvigalom!
// KP.RU Vesoljsko dvigalo kroži družbenopolitično in poljudna znanost
Revija Russian Space št. 11, 2008
Ogljikove nanocevke so za dva reda velikosti močnejše od jekla
MEMBRANA | Svetovne novice | Nanocevke ne bodo preživele vesoljskega dvigala
Izkazalo se je, da je novi grafenski papir močnejši od jekla
Lemeško Andrej Viktorovič. Vesoljsko dvigalo Lemeško A.V./ Space lift Lemeshko A.V.
sl: Satelitska televizija#Tehnologija
Dvigalo v nebo postavlja rekorde s pogledom v prihodnost
Razvit je bil laser, ki bi lahko napajal vesoljska dvigala

LaserMotive za predstavitev helikopterja na laserski pogon na sejmu brezpilotnih sistemov AUVSI v Severni Ameriki 2010

Ravno sem pregledoval znanstvene probleme, za katere ponujajo velike nagrade, in naletel na tega nenavadnega - napenjanje kabla v vesolje.

Prvič je hipotetično idejo o izgradnji takšne strukture, ki bi temeljila na uporabi kabla, raztegnjenega od površine planeta do orbitalne postaje, leta 1895 izrazil Konstantin Tsiolkovsky. Od takrat, kljub vsem dosežkom znanosti in tehnologije, projekt ostaja le v idejni fazi.

Kolikšen je nagradni sklad za ta projekt?

Od leta 2005 v Združenih državah poteka letno tekmovanje Space Elevator Games, ki ga organizira Spaceward Foundation ob podpori Nase. V teh tekmovanjih sta dve kategoriji: "najboljša žica" in "najboljši robot (dvigalo)".

Zakaj obstaja takšno zanimanje za to metodo vzpona v vesolje? Si lahko omislite kaj poceni? Toda vzdrževanje tako zapletene infrastrukture, dvig kabla, odprava pečine - lahko postane dražje od izstrelitve rakete. Kolikšno maso je mogoče dvigniti s takšno vrvico? Mislim, da to ni veliko, treba je upoštevati tudi stroške energije.

To so ideje, ki zdaj tavajo v glavah raziskovalcev in oblikovalcev o DVIGALU V VESOLJE.

Dvigala, ki lahko prevažajo ljudi in tovor s površja planeta v vesolje, bi lahko pomenila konec raket, ki onesnažujejo vesolje. Toda izdelava takšnega dvigala je izjemno težka. Koncept vesoljskih dvigal je bil znan že dolgo nazaj in ga je predstavil Konstantin Eduardovič Ciolkovski, od takrat pa se nismo niti za joto približali praktični izvedbi takšnega mehanizma. Elon Musk je nedavno tvitnil: "In prosim, ne postavljajte mi vprašanj o vesoljskih dvigalih, dokler ne pridelamo materiala ogljikovih nanocevk, dolgega vsaj meter."

Elon Musk je po mnenju mnogih vizionar našega časa - pionir zasebnega raziskovanja vesolja in človek, ki stoji za idejo o transportnem sistemu Hyperloop, ki lahko prepelje ljudi iz Los Angelesa v San Francisco po kovinski cevi v samo 35 minut. Vendar pa obstajajo nekatere zamisli, ki se celo njemu zdijo pretirane. Vključno s prostorskim dvigalom.

»Neverjetno težko je. Mislim, da izgradnja vesoljskega dvigala ni realna ideja,« je oktobra lani na konferenci na MIT dejal Musk in dodal, da bi bilo lažje zgraditi most od Los Angelesa do Tokia kot dvigalo, ki bi lahko nosilo materiale v vesolje.

Pošiljanje ljudi in tovora v vesolje v kapsulah, ki se vlečejo vzdolž ogromnega kabla, ki ga drži Zemljina rotacija, je bilo prikazano v delih piscev znanstvene fantastike, kot je Arthur C. Clarke, vendar je malo verjetno, da bi bilo praktično v resničnem svetu. Izkazalo se je, da se varamo in naše sposobnosti niso dovolj za rešitev tega zapletenega tehničnega problema?

Zagovorniki vesoljskih dvigal menijo, da je to dovolj. Kemične rakete vidijo kot zastarele, tvegane, okolju škodljive in finančne begunce. Njihova alternativa je v bistvu železniška proga do vesolja: vesoljsko plovilo na električni pogon, ki se premika s sidra na Zemlji na težki vrvi, povezani s protiutežjo v geostacionarni orbiti okoli planeta. Ko bi vesoljska dvigala začela delovati, bi lahko tovor v vesolje dostavila že za 500 USD na kilogram v primerjavi z 20.000 USD na kilogram po trenutnih cenah.

"Ta fenomenalno močna tehnologija bi lahko odprla sončni sistem človeštvu," pravi Peter Swan, predsednik Mednarodnega konzorcija vesoljskih dvigal. "Mislim, da bodo prva dvigala robotizirana in v 10-15 letih bomo naredili šest do osem dvigal, ki bodo dovolj varna za prevoz ljudi."

Na žalost taka struktura ne bi morala biti le dolga 100.000 kilometrov – kar je več kot dvakratni obseg Zemlje – morala bi tudi podpirati lastno težo. Zaenkrat na Zemlji ni materiala s takimi lastnostmi.

Toda nekateri znanstveniki verjamejo, da je to mogoče narediti - in bo postalo resničnost v tem stoletju. Veliko japonsko gradbeno podjetje obljubil, da ga bo ustvaril do leta 2050 leto. Tudi ameriški raziskovalci, ki so nedavno razvili diamantu podoben material iz nanovlaken, menijo, da se bo še pred koncem stoletja pojavil kabel za vesoljsko dvigalo.

Zasnova tako neverjetne strukture bo temeljila na posebnem kablu iz tankih in ultra močnih ogljikovih nanocevk. Ta kabel bo dolg 96 tisoč kilometrov.

V skladu z zakoni fizike bo centrifugalna sila vrtenja preprečila padec takega kabla in ga raztegnila po celotni dolžini. Če bo uspelo, bo dvigalo lahko potovalo s hitrostjo 200 km/h in dvignilo do 30 oseb v kabini. Na višini 36 tisoč kilometrov, ki jo bo dvigalo doseglo v tednu dni, je predviden postanek. Dvigalo bo na to višino dvigovalo turiste, raziskovalci in specialisti pa se bodo lahko povzpeli na sam vrh.

Sodobne ideje za vesoljsko dvigalo segajo v leto 1895, ko je Konstantina Ciolkovskega navdihnil novozgrajeni Eifflov stolp v Parizu in izračunal fiziko gradnje zgradbe, ki se razteza v vesolje, da bi lahko vesoljska plovila izstrelila iz orbite brez raket. V romanu Arthurja C. Clarka The Fountains of Paradise iz leta 1979 glavni junak zgradi vesoljsko dvigalo s podobno zasnovo, kot jo predstavljajo danes.

Toda kako to uresničiti? "Všeč mi je nezaslišana ideja," pravi Kevin Fong, ustanovitelj Centra za nadmorsko višino, vesolje in ekstremno medicino na University College London. "Razumem, zakaj je ljudem všeč ta ideja, kajti če bi lahko poceni in varno prišli do nizke zemeljske orbite, bi vam bil zelo kmalu na voljo notranji sončni sistem."

Varnostne težave

Kamen spotike je v tem, kako zgraditi tak sistem. "Za začetek ga je treba ustvariti iz materiala, ki še ne obstaja, vendar je močan in prožen s pravimi lastnostmi mase in gostote, da podpira transport in vzdrži neverjetne zunanje sile," pravi Fong. "Mislim, da bo vse to zahtevalo vrsto najambicioznejših orbitalnih misij in vesoljskih sprehodov v nizki in visoki Zemljini orbiti v zgodovini naše vrste."

Obstajajo tudi varnostni pomisleki, dodaja. "Tudi če bi lahko rešili znatne tehnične težave, povezane z gradnjo takšne stvari, je podoba, ki se pojavi, strašljiva slika velikanskega sira z luknjami, ki so jih naredili vsa ta vesoljska smeti in odpadki na vrhu."

V zadnjih 12 letih so bili predstavljeni trije podrobni izvedbeni projekti. Prvi, ki sta ga objavila Brad Edwards in Eric Westling v knjigi Vesoljska dvigala iz leta 2003, je predvideval prevoz 20-tonskega tovora, ki ga poganjajo zemeljski laserji, po ceni 150 dolarjev na kilogram in skupni stroški gradnje 6 milijard dolarjev.

Na podlagi tega koncepta je zasnova Mednarodnega združenja astronavtov iz leta 2013 že preperela kabino prvih 40 kilometrov in jo nato opremila s sončnimi kolektorji. Prevoz po tem načrtu stane 500 dolarjev na kilogram, gradnja celotne strukture pa stane 13 milijard dolarjev za prvi projekt (takrat je vedno ceneje).

Ti predlogi vključujejo protiutež v obliki ujetega asteroida v Zemljini orbiti. Poročilo IAA navaja, da bo ta postavka nekega dne morda postala možna, vendar ne v bližnji prihodnosti.

plavajoče sidro

Namesto tega bi lahko 1.900-tonski del, ki bi podpiral 6.300-tonski privez, sestavil iz vesoljskega plovila in vozil, ki so prenesla privez v vesolje. Dopolnili ga bodo tudi zajeti sateliti, ki so prenehali delovati in kot vesoljski odpadki bingljajo v orbiti.

Predlagali so tudi, da bi si sidro na Zemlji zamislili kot lebdečo ploščad v velikosti velikega tankerja ali letalonosilke blizu ekvatorja, saj bi tako povečali njeno nosilnost. Najprimernejša lokacija je točka 1000 kilometrov zahodno od otočja Galapagos: orkani, tajfuni in tornadi tam veljajo za redke.

Obayashi Corp., eno od petih večjih japonskih gradbenih podjetij, je lani razkrilo načrte za še bolj robustno vesoljsko dvigalo, ki bo prevažalo robotska vozila, ki jih poganjajo motorji maglev, kakršni se uporabljajo na železnicah za visoke hitrosti. Lahko bi prevažali ljudi z zahtevano močjo kabla. Ta zasnova bi po ocenah stala 100 milijard dolarjev, prevoz pa bi stal od 50 do 100 dolarjev na kilogram.

Čeprav je vsekakor veliko ovir, je tista komponenta, brez katere danes izgradnja vesoljskega dvigala nemogoča, kabel sam, pravi Swan.

"Iskanje materiala, iz katerega bi izdelali kabel, je velik tehnološki problem," pravi. - Vse ostalo je nesmisel. Vse to že zmoremo.”

Diamantne žice

Vodilni tekmec je kabel iz ogljikovih nanocevk, ustvarjenih v laboratoriju, z natezno trdnostjo 63 gigapaskalov, kar je 13-krat močnejše od najboljšega jekla.

Največja dolžina ogljikovih nanocevk se od njihovega odkritja leta 1991 vztrajno povečuje. Leta 2013 so kitajski znanstveniki že dosegli pol metra dolžine. Avtorji poročila IAA do leta 2022 predvidevajo kilometer dolg kabel iz ogljikovih nanocevk, do leta 2030 pa toliko, kolikor bo potrebno za izdelavo vesoljskega dvigala.

Medtem je bil septembra predstavljen nov kandidat za vesoljski privez. Ekipa pod vodstvom Johna Buddinga, profesorja kemije na državni univerzi v Pennsylvaniji, je v Nature objavila članek, v katerem trdi, da je ustvarila ultra tanka diamantna nanovlakna, ki so morda močnejša in trša od ogljikovih nanocevk.

Ekipa je začela s stiskanjem benzena pri 200.000 atmosferah atmosferskega tlaka. Ko se je pritisk nato počasi sprostil, so se atomi ponovno sestavili v novo, visoko urejeno strukturo, kot je tetraeder.

Te oblike so se povezale in tvorile ultra tanka nanovlakna, ki so po strukturi izjemno podobna diamantu. Čeprav njihove moči zaradi velikosti še ni mogoče neposredno izmeriti, so teoretični izračuni pokazali, da so vlakna morda močnejša in trša od najmočnejših sintetičnih materialov, ki so danes na voljo.

Zmanjšanje tveganja

»Če bi se lahko naučili izdelovati materiale, ki temeljijo na diamantnih nanovlaknih ali ogljikovih nanocevkah, dovolj dolge in dovolj dobre, bi znanost predlagala, da bi lahko takoj začeli graditi vesoljsko dvigalo,« pravi Budding.

Toda tudi če bi se eden od teh materialov izkazal za dovolj močnega, je sestavljanje in namestitev posameznih elementov vesoljskega dvigala še vedno zelo problematično podjetje. Drugi glavoboli bodo vključevali varnost, zbiranje sredstev, zadovoljevanje konkurenčnih interesov itd. Swana vsaj to ne skrbi.

"Seveda bodo resni problemi, tako kot tisti, ki so zgradili prvo transkontinentalno železnico ter Panamski in Sueški prekop," pravi. "Potrebovalo bo veliko časa in denarja, a kot vsa velika podjetja morate ovire premagati le enkrat."

Tudi Musk se ne more prisiliti, da bi diskreditiral to idejo. "To očitno ni nekaj, o čemer bi lahko zdaj govorili," je dejal. "Toda če bi me kdo prepričal v nasprotno, bi bilo super."

Nekateri znanstveniki navajajo naslednjih pet razlogov, zakaj takšno dvigalo ne bo nikoli zgrajeno:

1. Za kabel ni dovolj močnega materiala

Obremenitev kabla lahko preseže 100.000 kg/m, zato mora imeti material za njegovo izdelavo izjemno visoko trdnost, da se upira raztezanju, in hkrati zelo nizko gostoto. Čeprav takega materiala ni, tudi ogljikove nanocevke, ki danes veljajo za najmočnejše in najbolj elastične materiale na planetu, niso primerne.

Na žalost se tehnologija za njihovo proizvodnjo šele začenja razvijati. Doslej je bilo mogoče pridobiti drobne koščke materiala: najdaljša nanocevka, ki je bila ustvarjena, je dolga nekaj centimetrov in široka več nanometrov. Ali bo iz tega kdaj mogoče narediti dovolj dolg kabel, še ni znano.

2. Dovzetnost za nevarne vibracije

Kabel bo dovzeten za nepredvidljive sunke sončnega vetra - pod njegovim vplivom se bo upognil, kar bo negativno vplivalo na stabilnost dvigala. Mikromotorji se lahko pritrdijo na kabel kot stabilizatorji, vendar bo ta ukrep povzročil dodatne težave pri vzdrževanju strukture. Poleg tega bo to otežilo gibanje posebnih kabin, tako imenovanih "plezalcev", vzdolž kabla. Kabel bo najverjetneje prišel v resonanco z njimi.

3. Coriolisova sila

Kabel in "plezalci" so glede na površino Zemlje nepremični. Toda glede na središče Zemlje se bo objekt gibal s hitrostjo 1.700 km/h na površini in 10.000 km/h v orbiti. V skladu s tem je treba "plezalcem" dati to hitrost pri izstrelitvi. "Plezalec" pospešuje v smeri, ki je pravokotna na kabel in zaradi tega bo kabel zanihal kot nihalo. Istočasno se pojavi sila, ki poskuša naš kabel odtrgati od Zemlje. Sila je obratno sorazmerna z upogibom jeklenice in premo sorazmerna s hitrostjo dvigovanja bremena in njegovo maso. Tako Coriolisova sila preprečuje hiter dvig bremen v geostacionarno orbito.
Proti Coriolisovi sili se lahko borimo tako, da preprosto izstrelimo dva "plezalca" hkrati - z Zemlje in iz orbite, a potem bo sila med obema bremenoma še bolj raztegnila kabel. Druga možnost je boleče počasen vzpon po gosenicah.

4. Sateliti in vesoljski odpadki

V zadnjih 50 letih je človeštvo v vesolje izstrelilo veliko predmetov – uporabnih in manj uporabnih. Bodisi bodo morali izdelovalci dvigal vse to poiskati in odstraniti (kar je glede na število uporabnih satelitov ali orbitalnih teleskopov nemogoče) ali pa zagotoviti sistem, ki objekt varuje pred trki. Kabel je teoretično negiben, zato bo vsako telo, ki se vrti okoli Zemlje, prej ali slej trčilo vanj. Poleg tega bo hitrost trka skoraj enaka hitrosti vrtenja tega telesa, tako da bo povzročena velika škoda na kablu. Kabel ni mogoče manevrirati in je dolg, zato bodo trki pogosti.
Kako se tega lotiti, še ni jasno. Znanstveniki govorijo o izdelavi orbitalnega vesoljskega laserja za sežiganje smeti, vendar je to povsem izven področja znanstvene fantastike.

5. Socialna in okoljska tveganja

Vesoljsko dvigalo lahko postane tarča terorističnega napada. Uspešna akcija rušenja bo povzročila ogromno škodo in morda celo pokopala celoten projekt, zato boste morali hkrati z dvigalom graditi okoli njega celodnevno obrambo.

Okoljevarstveniki verjamejo, da lahko kabel, paradoksalno, premakne zemeljsko os. Kabel bo togo pritrjen v orbiti, vsako njegovo premikanje na vrhu pa se bo odražalo na Zemlji. Mimogrede, si lahko predstavljate, kaj se bo zgodilo, če se nenadoma zlomi?

Tako je zelo težko izvesti tak projekt na Zemlji. Zdaj pa dobra novica: delovalo bo na Luni. Gravitacijska sila na satelitu je veliko manjša in atmosfere praktično ni. V gravitacijskem polju Zemlje se lahko ustvari sidro, kabel z Lune pa bo šel skozi Lagrangeovo točko - tako dobimo komunikacijski kanal med planetom in njegovim naravnim satelitom. Ob ugodnih pogojih bo tak kabel lahko v zemeljsko orbito prepeljal približno 1000 ton tovora na dan. Material bo seveda moral biti super močan, vendar vam ne bo treba izumiti ničesar bistveno novega. Res je, da bo morala biti dolžina "lunarnega" dvigala približno 190.000 km zaradi učinka, imenovanega Gomanova trajektorija.

viri