RiffReporter Какво липсва за космическия асансьор
Японски космически кораб е на път да тества малък асансьор в космоса. В бъдеще тази технология може да революционизира космическите пътувания, но далеч не е зряла.
Започвайки от тропически остров в средата на Тихия океан, минава тънка линия, която сякаш се губи някъде в безоблачното синьо небе: Това е въже, което се простира в космоса. По това въже в небето се издигат капсули, които спокойно транспортират товари и хора в геостационарна орбита. Без обратно броене, без димни ракетни двигатели, вместо безшумен асансьор: тази визия за бъдещето вдъхновява авторите на научната фантастика от десетилетия, тъй като ще направи космическите пътувания много по-евтини и ще отвори изцяло нови клонове на икономиката в космоса. Но инженерите само понякога започват да се справят с проблемите, които трябва да бъдат решени. Един от тях е Йошики Ямагива от университета Шизуока в Япония, който със своите ученици на борда на безпилотния космически кораб HTV на 23 септември малък космически асансьор до Международната космическа станция. Това е десет сантиметров широк и 23 сантиметров дълъг CubeSat, който трябва да бъде изтласкан в космоса от МКС в края на октомври 2018 г., за да се тества първият асансьор в космоса. Малко вероятно е обаче да премахне техническите препятствия пред тази технология.
Стара идея
Още през 1895 г. руският пионер в космическите пътувания Константин Зиолковски формулира идеята за още по-голяма структура, която може да достигне в космоса, под впечатлението от новопостроената Айфелова кула. Но в продължение на почти сто години просто нямаше известен материал, който да е подходящ за него. Например стоманата би се счупила на височина едва 30 километра само от собственото си тегло, независимо от това колко стабилна е конструкцията на стоманения кабел. Въпреки че концепцията беше многократно възприета от писателите на научната фантастика, едва след 1991 г. инженерите започнаха да се занимават по-сериозно с асансьора в космоса. През тази година японският учен Сумио Ииджима откри въглеродните нанотръби. Този материал е сто пъти по-здрав от стоманата, но само наполовина по-тежък от алуминия. Математически въже, направено от въглеродни нанотръби, може да бъде опънато далеч зад геостационарна орбита; все още щеше да е толкова лесно, че днешната тежкотоварна ракета да може да я изстреля в космоса и след това да се прехвърли към Земята.
Човек разгледа техническите подробности за такова въже Проучване на НАСА през 2000 г .: От остров или платформа в по-малко бурните тропически ширини на Тихия океан въжето ще достигне до 144 000 километра в космоса - до една трета от разстоянието от Луната. Тук противотежест би поддържал въжето опънато чрез центробежна сила, докато платформа на височина 34 000 километра би могла да побере космическа станция в безтегловност. Транспортиране на товари и хора там, правейки ракетите излишни. Килограм, пуснат в космоса, би струвал малко повече от 200 долара вместо 20 000 долара днес. Привържениците на технологиите мечтаят за огромни хотели в космоса, за слънчеви електроцентрали в орбита и мини на астероиди. Центробежната сила в края на въжето дори би позволила междупланетно пътуване с много по-ниско използване на гориво, отколкото при днешните задвижващи системи. Но най-важният проблем остава материалът и до днес: въглеродните нанотръби са доказали огромната си сила само в лаборатория. Техниките за производство на въжета с дължина метри или дори километри не съществуват и до днес.
Японският "Привързан с космоса автономен роботизиран сателит - мини асансьор" тежи само 2,7 килограма (ЗВЕЗДИ-МЕН) е CubeSat, един от многото малки сателити, които в момента се изстрелват в космоса и които трябва да тестват нови и технически рисковани процеси за космически пътувания. STARS-ME носи въже от кевлар, което все още не е подходящо за повдигане от земята в космоса. Когато CubeSat напусне космическата станция и свободно обикаля земята, кубът се разделя на два кубчета с форма на куб, които остават свързани помежду си с 14-метровото въже. Малък робот със собствено устройство трябва да се плъзга между тях. Това би бил първият асансьор в космоса, но по-скоро малък по размер на кибритена кутия.
Ролки, бури и скрап
Космически агенции като Европейската космическа агенция - работодателят на Маркус Ландграф - досега не придават никакво значение на космическите асансьори в бюджетите си. Феликс Хубер също е скептичен по фундаментални съображения: „Не е лесно да се поддържа такова въже стабилно в орбита“, казва директорът на космическите операции и обучението на астронавтите в Германския аерокосмически център в Оберпфафенхофен. Хубер се позовава на различни опити в миналото, при които два сателита обикалят около Земята, свързани с километри кабели. Много от тези мисии се провалиха, защото неволно се натрупват високи електрически напрежения, забиват се въжени лебедки или защото въжетата се заплитат поради малки производствени грешки. Освен това въжетата биха се люлели лесно в орбита. Космическият асансьор обаче не би достигнал само през вакуума, но и през атмосферата, която също го дърпа, например по време на тропически бури. „Дори ако асансьорът стартира, той дърпа въжето“, казва Хубер. „Само това позволява на вибрациите да се разпространяват и да продължават да се натрупват.“
Въже с дължина десетки хиляди километри ще трябва да се бори с други проблеми: На височина от 200 до 900 километра ще премине през зона, в която се получава атомен кислород, разделен от ултравиолетовото лъчение на слънцето, което окислява органичните материали като въже от въглеродни нанотръби и би се разложил. Космическите отломки също могат да унищожат въжето - особено в геостационарната орбита на гробището: това е рязко обособена и кръгла зона над геостационарните орбити, в която се изхвърлят излезлите от употреба спътници - и която орбиталното въже трябва да пресече. Освен това по дълбоките орбити и микрометеорити има бързо обикалящи космически отломки, които могат да пробият дупки в въжето или в най-лошия случай да го унищожат.
Маркус Ландграф, който има опит в динамиката на полетите, смята, че всички тези проблеми са по принцип разрешим: Динамиката на такива въжета отдавна се разбира теоретично. И дизайнерите биха могли просто да монтират долния край на космическото въже по такъв начин, че той да намалява вибрациите с обратни въртящи се движения. С такива съзнателно предизвикани вибрации може да се избегнат по-големи парчета в земната орбита, докато по-малките разкъсани дупки ще трябва да се поправят. Отломките в гробищната орбита така или иначе биха били доста бавни спрямо въжето. И въжето ще трябва да бъде покрито, за да се предпази от радиация и атомен кислород. Това покритие дори може да се развие естествено само по себе си: изследването на НАСА от 2000 г. вече въз основа на първоначални експерименти предполага, че от външната страна на въжето ще се развие окислен слой, който служи като естествена защита за по-дълбоките слоеве.
Визионерът предпочита да мълчи
Броят на проблемите, които трябва да бъдат решени, не е малък; Привържениците и скептиците обаче са съгласни, че основната пречка за космическите асансьори е предимно материалът. Дори Илон Мъск, чиято космическа компания SpaceX има официалната цел да колонизира Марс, пише в Twitter през 2015 г.: "Моля, не ме питайте за космическия асансьор, преди някой да изгради конструкция от въглеродни нанотръби, която е по-дълга от пешеходния мост."
И моля, не ме питайте за космически асансьори, докато някой не изгради въглеродна нанотръбна конструкция по-дълга от пешеходен мост
Изследване на Международната академия по астронавтика изчислява, че времето за разработване на такива дълги нишки на въглеродни нанотръби е най-малко 20 години - смела екстраполация в основни изследвания.
Маркус Ландграф обаче посочва, че понастоящем въглеродните нанотръби не са оптимизирани, за да бъдат произведени във възможно най-дълги струни. Благодарение на изследванията през последните години те станаха по-широки, отколкото по-дълги. „Колко бързо асансьорът може да бъде реализиран, зависи от насочената посока на изследването.“ И освен малките експерименти с CubeSat, повечето от останалите технически препятствия вече могат да бъдат тествани с истински космически асансьор, например на Луната, към който се намират космическите агенции по света искат да се върнат през следващите няколко десетилетия. Тук опасностите от атмосферата и космическите отломки почти не присъстват; инженерите вече можеха да тестват динамиката на въже с дължина хиляди километри там необезпокоявано. Друго предимство: На Луната въжето може лесно да бъде изградено от кевлар, материал, който вече е на разположение.
Два подобни текста наскоро се появиха на Spektrum.de и Neue Zürcher Zeitung.
Регистрирайте се тук - след това ще получавате редовни препратки към нашите най-добри статии и информация за космическите репортери.
„Малките разстояния са много рискови“
За първи път четири сателита трябва да обикалят около Земята в кръг. Формационният полет е опасен, но отваря нови начини за наблюдение на земята. Ръководителят на мисията работи по идеята от 15 години.
Защо немски космически радар?
Все повече сателити, неизползвани части от ракети и други космически боклуци се тълпят в небето - и се превръщат в опасност. За да ги наблюдават, в момента инженерите пускат в действие нов космически радар близо до Кобленц. Но засега само изследователите в Германия имат право да използват данните. Времето щеше да настъпи за европейски контрол на трафика за земната орбита.
Досие: бъдеще на космическите пътувания
Нови ракети, нови космически кораби, нови цели: космическите пътувания в момента се променят по-бързо, отколкото през последните десетилетия. Нашето изследване ще ви отведе в това ново царство.
Крехката планета
Колекция от цитати на космически пътешественици може да помогне да видим нашата родна планета през различни очи.
Астронавтите започват отново от Америка
За първи път от девет години САЩ изпращат астронавти на самия МКС. Тя остава малка повратна точка.
Снимки на Хъбъл от 30 години
Телескопът Хъбъл е полетял в космоса преди 30 години. Това промени нашето виждане за космоса. Това е нашият избор на акцентите.
Плаващи сонди
Платна в космоса са вековна идея, но тя отдавна не работи. Сега един малък сателит показа, че работи. Кога отплаваме до Юпитер?
Covid-19 в космоса и астрономията
Пандемията засяга все повече космическите пътувания и големите телескопи трябва да се експлоатират с по-малко персонал.
Без квота в космоса?
НАСА назначи толкова жени, колкото и мъже, както нови астронавти от 2013 г. насам. Европейската космическа агенция изостава значително. Но скоро следващата селекция се очаква.
Статия и подкаст: Космосът се превръща в бойно поле
Космическото пространство отдавна се счита за общо наследство на човечеството. Но стратегическите съображения все повече го застрашават. Сателитите все повече се превръщат в мишена.