Pētnieki saka, ka ar mūsdienu tehnoloģijām kosmosa lifts ir iespējams (mums tas vienkārši jānokar no Mēness)

Kosmosa lifta foto ilustrācija Oriģinālie attēli: Michel Paz, Jeremy Thomas | Atlaist šļakatas; rediģējis MIT Technology Review

Iespējams, lielākais šķērslis cilvēces paplašināšanai visā Saules sistēmā ir pārmērīgi augstās izmaksas, kas saistītas ar izbēgšanu no Zemes gravitācijas spēka. Tā saka Zefīrs Penouārs no Kembridžas universitātes Apvienotajā Karalistē un Emīlija Sendforda no Kolumbijas universitātes Ņujorkā.

Problēma ir tāda, ka raķešu dzinēji darbojas, izmetot masu vienā virzienā, lai radītu vilci kosmosa kuģim otrā virzienā. Un tas prasa milzīgus degvielas daudzumus, kas galu galā tiek izmesti, bet arī jāpaātrina kopā ar kosmosa kuģi.

Rezultātā viena kilograma novietošana orbītā izmaksā aptuveni desmitiem tūkstošu dolāru. Nokļūšana uz Mēness un tālāk ir vēl dārgāka. Tāpēc ir liela interese par lētāku ceļu atrašanu orbītā.

Viena no idejām ir uzbūvēt kosmosa liftu — kabeli, kas stiepjas no Zemes līdz orbītai, kas nodrošina veidu, kā uzkāpt kosmosā. Liela priekšrocība ir tā, ka kāpšanas procesu var darbināt ar saules enerģiju, un tāpēc tam nav nepieciešama degviela.

Bet ir arī liela problēma. Šādam kabelim vajadzētu būt neticami stipram. Oglekļa nanocaurules ir potenciāls materiāls, ja tās kādreiz var izgatavot pietiekami ilgi. Taču šodien pieejamās iespējas ir pārāk vājas.

Ievadiet Penouāru un Sandfordu, kuri ir pārskatījuši šo ideju ar pagriezienu. Viņi saka, ka viņu kosmosa lifta versiju, ko viņi sauc par kosmosa līniju, varētu uzbūvēt no materiāliem, kas šodien ir komerciāli pieejami.

Vispirms nedaudz fona. Parasti kosmosa lifts sastāvētu no kabeļa, kas noenkurots uz zemes un stiepjas ārpus ģeosinhronās orbītas aptuveni 42 000 kilometru (26 098 jūdzes) virs Zemes.

Šādam kabelim būtu ievērojama masa. Tātad, lai apturētu to no krišanas, tas būtu jālīdzsvaro otrā galā ar līdzīgu orbītas masu. Tad viss lifts tiktu atbalstīts ar centrbēdzes spēkiem.

Daudzus gadus fiziķi, zinātniskās fantastikas rakstnieki un vizionāri ar sajūsmu ir aprēķinājuši šo spēku lielumu, bet diemžēl viņus nomāc rezultāts. Neviens zināms materiāls nav pietiekami spēcīgs, lai tiktu galā ar šiem spēkiem — ne zirnekļa zīds, ne kevlars, ne pat spēcīgākie mūsdienu oglekļa šķiedras polimēri.

Tātad Penouārs un Sandfords ir izvēlējušies atšķirīgu pieeju. Tā vietā, lai noenkurotu kabeli uz Zemes, viņi ierosina to noenkurot uz Mēness un pakārt pret Zemi.

Lielā atšķirība rodas no centrbēdzes spēkiem. Parastais kosmosa lifts katru dienu veiktu pilnīgu rotāciju atbilstoši Zemes rotācijai. Taču uz Mēness balstītā kosmosa līnija riņķotu tikai reizi mēnesī — daudz lēnāk ar attiecīgi mazākiem spēkiem.

Turklāt spēki ir sakārtoti atšķirīgi. Paplašinoties no Mēness līdz Zemei, kosmosa līnija šķērsotu kosmosa reģionu, kurā sauszemes un Mēness gravitācija izslēdz viena otru.

Šis reģions, kas pazīstams kā Lagranža punkts, kļūst par kosmosa līnijas centrālo iezīmi. Zem tā, tuvāk Zemei, gravitācija velk kabeli uz planētu. Bet virs tā, tuvāk Mēnesim, gravitācija velk kabeli uz Mēness virsmu.

Penojrs un Sandfords ātri parāda, ka kabeļa pagarināšana no Mēness līdz pat Zemes virsmai rada spēkus, kas ir pārāk lieli mūsdienu materiāliem. Taču, lai kabelis būtu noderīgs, tam nav jāizstiepjas līdz galam.

Pētnieku galvenais rezultāts ir parādīt, ka mūsdienu spēcīgākie materiāli - oglekļa polimēri, piemēram, Zilons - var ērti atbalstīt kabeli, kas stiepjas no Mēness uz ģeosinhrono orbītu. Viņi arī ierosina, ka principu pierādīšanas ierīci, kas izgatavota no kabeļa, kura biezums ir apmēram zīmuļa vads, varētu nokārt no Mēness par izmaksām, kas mērāmas miljardos dolāru.

Tas ir nepārprotami ambiciozi, bet nekādā gadījumā nav pārmērīgi mūsdienu kosmosa misijām. Pagarinot līniju, kas noenkurota uz Mēness, līdz dziļi Zemes gravitācijas akā, mēs varam izveidot stabilu, šķērsojamu kabeli, kas ļauj brīvi pārvietoties no Zemes apkārtnes uz Mēness virsmu, saka Penouārs un Sandfords.

Ietaupījumi būtu milzīgi. Viņi saka, ka tas samazinātu degvielas daudzumu, kas nepieciešams, lai sasniegtu Mēness virsmu līdz trešdaļai no pašreizējās vērtības.

Un tas pavērtu izpētei pilnīgi jaunu kosmosa reģionu — Lagranža punktu. Tas ir interesanti, jo gan gravitācijas, gan gravitācijas gradients šajā reģionā ir nulle, padarot to daudz drošāku būvniecības projektos. Turpretim gravitācijas gradients zemā Zemes orbītā padara orbītas daudz mazāk stabilas.

Ja jūs nometīsit instrumentu no Starptautiskās kosmosa stacijas, tas, šķiet, strauji paātrināsies prom no jums, norādiet Penouāru un Sandfordu. Lagranža punktam ir gandrīz niecīgs gravitācijas spēka gradients; nomestais instruments paliks pie rokas daudz ilgāku laiku.

Šajā reģionā nav arī būtisku gružu. Viņi saka, ka Lagranža punkts lielākoties ir bijis neskarts no iepriekšējām misijām, un orbītas, kas iet cauri šeit, ir haotiskas, ievērojami samazinot meteoroīdu daudzumu.

Šo iemeslu dēļ Penouārs un Sandfords saka, ka piekļuve Lagranžas punktam ir kosmosa līnijas galvenā priekšrocība. Viņi saka, ka Lagranžas punkta bāzes nometne ir lieta, ko mēs uzskatām par vissvarīgāko un ietekmīgāko kosmosa līnijas agrīnai izmantošanai (un cilvēka kosmosa izpētē kopumā). Šāda bāzes nometne ļautu būvēt un uzturēt jaunas paaudzes kosmosa eksperimentus — varētu iedomāties teleskopus, daļiņu paātrinātājus, gravitācijas viļņu detektorus, vivārijus, elektroenerģijas ražošanas un palaišanas punktus misijām uz pārējo Saules sistēmu.

Tas ir interesants darbs, kas aicina no jauna pievērsties idejai par kosmosa liftu. Iespējams, ka lēta piekļuve Lagrandžas punktam, mēnesim un punktiem tālāk ir kļuvusi ievērojami lētāka un lielāka iespēja.

Atsauce: arxiv.org/abs/1908.09339 : Kosmosa līnija: praktiska kosmosa lifta alternatīva, kas sasniedzama ar pašreizējo tehnoloģiju

paslēpties