Mokslininkai teigia, kad naudojant šiuolaikines technologijas kosminis liftas yra įmanomas (mums tereikia jį pakabinti nuo mėnulio)

Kosminio lifto foto-iliustracija Originalūs vaizdai: Michel Paz, Jeremy Thomas | Unsplash; redagavo MIT Technology Review

Ko gero, didžiausia kliūtis žmonijai plėstis visoje Saulės sistemoje yra didžiulės išlaidos išsigelbėjimui nuo Žemės gravitacinės traukos. Taip sako Zephyr Penoyre iš Kembridžo universiteto JK ir Emily Sandford iš Kolumbijos universiteto Niujorke.

Problema ta, kad raketų varikliai veikia išmesdami masę viena kryptimi, kad sukurtų erdvėlaivio trauką kita. O tam reikia didžiulio kuro kuro, kuris galiausiai išmetamas, bet kartu su erdvėlaiviu taip pat turi būti pagreitintas.

Rezultatas – vieno kilogramo iškėlimas į orbitą kainuoja apie dešimtis tūkstančių dolerių. Nuvykti į Mėnulį ir toliau yra dar brangiau. Taigi susidomėjimas pigesniu keliu patekti į orbitą yra didelis.

Viena iš idėjų yra pastatyti kosminį liftą – nuo ​​Žemės iki orbitos besitęsiantį kabelį, kuriuo būtų galima pakilti į kosmosą. Didelis privalumas yra tas, kad laipiojimo procesas gali būti maitinamas saulės energija, todėl jam nereikia degalų.

Tačiau yra ir didelė problema. Toks kabelis turėtų būti neįtikėtinai stiprus. Anglies nanovamzdeliai yra potenciali medžiaga, jei jie kada nors gali būti pagaminti pakankamai ilgai. Tačiau šiandien siūlomos galimybės yra per menkos.

Įeina Penoyre'as ir Sandfordas, kurie iš naujo peržiūrėjo idėją. Jie sako, kad jų kosminio lifto versija, kurią jie vadina erdvės linija, galėtų būti pastatyta naudojant medžiagas, kurių šiandien galima įsigyti.

Pirmiausia šiek tiek fono. Įprastu būdu sukurtas kosminis liftas sudarytas iš kabelio, pritvirtinto prie žemės ir besitęsiančio už geosinchroninės orbitos, maždaug 42 000 kilometrų (26 098 mylių) virš Žemės.

Toks kabelis turėtų nemažą masę. Taigi, kad jis nenukristų, kitame gale jis turėtų būti subalansuotas panašia orbitine mase. Tada visas liftas būtų palaikomas išcentrinių jėgų.

Daugelį metų fizikai, mokslinės fantastikos rašytojai ir vizionieriai susijaudinę skaičiavo šių jėgų dydį, tačiau, deja, buvo nuliūdinti dėl rezultato. Nė viena žinoma medžiaga nėra pakankamai stipri, kad atlaikytų šias jėgas – nei vorų šilkas, nei kevlaras, nei net stipriausi šiuolaikiniai anglies pluošto polimerai.

Taigi Penoyre'as ir Sandfordas pasirinko kitokį požiūrį. Užuot pritvirtinę kabelį Žemėje, jie siūlo pritvirtinti jį prie Mėnulio ir pakabinti į Žemę.

Didelis skirtumas atsiranda dėl išcentrinių jėgų. Įprastas kosminis liftas kiekvieną dieną atliktų visišką sukimąsi pagal Žemės sukimąsi. Tačiau Mėnulyje esanti erdvės linija skriejo tik kartą per mėnesį – daug lėčiau ir atitinkamai mažesnėmis jėgomis.

Negana to, jėgos yra išdėstytos skirtingai. Tęsdama nuo Mėnulio iki Žemės, erdvės linija eitų per erdvės sritį, kurioje antžeminė ir mėnulio gravitacija panaikina viena kitą.

Šis regionas, žinomas kaip Lagranžo taškas, tampa pagrindine erdvės linijos savybe. Po juo, arčiau Žemės, gravitacija traukia kabelį link planetos. Tačiau virš jo, arčiau mėnulio, gravitacija traukia kabelį link mėnulio paviršiaus.

Penoyre'as ir Sandfordas greitai parodo, kad pratęsiant kabelį nuo Mėnulio iki pat Žemės paviršiaus sukuriamos jėgos, kurios yra per didelės šiandieninėms medžiagoms. Tačiau kabelis neturi ištempti iki galo, kad būtų naudingas.

Pagrindinis mokslininkų rezultatas yra parodyti, kad šiandienos stipriausios medžiagos – anglies polimerai, tokie kaip zilonas – gali patogiai palaikyti kabelį, besitęsiantį nuo mėnulio iki geosinchroninės orbitos. Jie taip pat teigia, kad principą patvirtinantis prietaisas, pagamintas iš maždaug pieštuko laido storio kabelio, gali būti pakabintas nuo mėnulio už milijardus dolerių kainą.

Tai aiškiai ambicinga, bet jokiu būdu ne per daug šiuolaikinėms kosminėms misijoms. Išplėsdami liniją, pritvirtintą prie Mėnulio, iki giliai Žemės gravitacijos šulinio, galime sukurti stabilų, pravažiuojamą kabelį, leidžiantį laisvai judėti iš Žemės apylinkių į Mėnulio paviršių, sako Penoyre'as ir Sandfordas.

Sutaupymas būtų didžiulis. Pasak jų, Mėnulio paviršiui pasiekti reikalingas kuras sumažėtų iki trečdalio dabartinės vertės.

Ir tai atvertų visiškai naują erdvės regioną tyrinėjimui – Lagranžo tašką. Tai įdomu, nes ir gravitacija, ir gravitacijos gradientas šiame regione yra lygus nuliui, todėl statybų projektams jis yra daug saugesnis. Priešingai, dėl gravitacijos gradiento žemoje Žemės orbitoje orbitos yra daug mažiau stabilios.

Jei išmesite įrankį iš Tarptautinės kosminės stoties, atrodys, kad jis greitai įsibėgės nuo jūsų, atkreipkite dėmesį į Penoyre'ą ir Sandfordą. Lagranžo taško gravitacinės jėgos gradientas yra beveik nereikšmingas; numestas įrankis daug ilgiau išliks po ranka.

Šiame regione taip pat nėra jokių reikšmingų šiukšlių. Pasak jų, Lagranžo taškas daugiausia buvo nepaliestas ankstesnių misijų, o orbitos, einančios pro čia, yra chaotiškos, todėl meteoroidų kiekis labai sumažėja.

Dėl šių priežasčių Penoyre'as ir Sandfordas teigia, kad prieiga prie Lagranžo taško yra pagrindinis erdvės linijos pranašumas. Jie sako, kad Lagrange taško bazinė stovykla, mūsų manymu, yra svarbiausias ir įtakingiausias ankstyvam kosminės linijos naudojimui (ir apskritai žmogaus kosmoso tyrinėjimams). Tokia bazinė stovykla leistų statyti ir prižiūrėti naujos kartos kosminius eksperimentus – galima įsivaizduoti teleskopus, dalelių greitintuvus, gravitacinių bangų detektorius, vivariumus, energijos gamybos ir paleidimo taškus, skirtus misijoms į likusią Saulės sistemos dalį.

Tai įdomus darbas, kviečiantis iš naujo sutelkti dėmesį į kosminio lifto idėją. Pigi prieiga prie Lagrange taško, mėnulio ir taškų už jo gali būti žymiai pigesnė ir labiau tikėtina.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1908.09339 : Kosmoso linija: praktiška kosminio lifto alternatyva, pasiekiama naudojant dabartinę technologiją

paslėpti