अंतरिक्ष लिफ्ट क्या है। अंतरिक्ष लिफ्ट: आधुनिक विचार और उनके विकास की स्थिति। जापानी ओबैयाशी कॉर्पोरेशन कॉन्सेप्ट

सभ्य आर्थिक रूप से विकसित देशों में संकट और प्रतिबंधों के युद्ध के बावजूद, अंतरिक्ष यात्रियों में बहुत रुचि है। यह रॉकेट विज्ञान के विकास में सफलताओं और निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष के अध्ययन में, अंतरिक्ष यान की मदद से सौर मंडल के ग्रहों और इसकी परिधि से सुगम है। अधिक से अधिक नए राज्य अंतरिक्ष की दौड़ में शामिल हो रहे हैं। चीन और भारत जोर-शोर से ब्रह्मांड के विकास में अपनी महत्वाकांक्षाओं की घोषणा कर रहे हैं। पृथ्वी के वायुमंडल से परे उड़ानों पर रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप की राज्य संरचनाओं का एकाधिकार अतीत की बात बन रहा है। व्यवसाय लोगों और सामानों को अंतरिक्ष की कक्षा में ले जाने में रुचि दिखा रहे हैं। फर्में दिखाई दी हैं जो उत्साही लोगों के नेतृत्व में हैं जो अंतरिक्ष से प्यार करते हैं। वे नए प्रक्षेपण यान और नई प्रौद्योगिकियां दोनों विकसित कर रहे हैं जिससे ब्रह्मांड की खोज में छलांग लगाना संभव होगा। जिन विचारों को कल ही अवास्तविक माना जाता था, उन पर गंभीरता से विचार किया जा रहा है। और जिसे विज्ञान कथा लेखकों की प्रज्वलित कल्पना का उत्पाद माना जाता था, वह अब निकट भविष्य में लागू होने वाली संभावित परियोजनाओं में से एक है।

ऐसा ही एक प्रोजेक्ट स्पेस एलेवेटर हो सकता है।

यह कितना यथार्थवादी है? बीबीसी पत्रकार निक फ्लेमिंग ने अपने लेख "एलेवेटर इन ऑर्बिट: साइंस फिक्शन ऑर ए मैटर ऑफ टाइम?" में इस सवाल का जवाब देने की कोशिश की, जिसे अंतरिक्ष में रुचि रखने वालों के ध्यान में लाया गया है।

कक्षा में लिफ्ट: विज्ञान कथा या समय की बात?

पृथ्वी की सतह से कक्षा तक लोगों और कार्गो को पहुँचाने में सक्षम अंतरिक्ष लिफ्टों के लिए धन्यवाद, मानवता पर्यावरणीय रूप से हानिकारक रॉकेटों का उपयोग करना बंद कर सकती है। लेकिन ऐसा उपकरण बनाना आसान नहीं है, जैसा कि बीबीसी फ्यूचर के संवाददाता ने पाया।

जब नई तकनीकों के विकास के बारे में भविष्यवाणियों की बात आती है, तो कई लोग करोड़पति एलोन मस्क को मानते हैं, जो गैर-सरकारी अनुसंधान क्षेत्र के नेताओं में से एक हैं, जो एक उच्च गति वाले यात्री हाइपरलूप के विचार के साथ आए थे। प्राधिकरण होने के लिए लॉस एंजिल्स और सैन फ्रांसिस्को के बीच पाइपलाइन परियोजना। (यात्रा का समय केवल 35 मिनट है)। लेकिन ऐसी परियोजनाएं हैं जिन्हें मस्क भी व्यावहारिक रूप से असंभव मानते हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष लिफ्ट परियोजना।

"यह बहुत तकनीकी चुनौती है। यह संभावना नहीं है कि एक अंतरिक्ष लिफ्ट वास्तविकता में बनाई जा सकती है, "मस्क ने मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में आखिरी गिरावट में एक सम्मेलन में कहा था। उनकी राय में, कक्षा में लिफ्ट बनाने की तुलना में लॉस एंजिल्स और टोक्यो के बीच एक पुल बनाना आसान है।

कैप्सूल के अंदर लोगों और कार्गो को अंतरिक्ष में भेजने का विचार जो पृथ्वी के घूर्णन द्वारा जगह में रखे गए एक विशाल टीथर के साथ ऊपर की ओर स्लाइड करता है, नया नहीं है। इसी तरह के विवरण आर्थर सी. क्लार्क जैसे विज्ञान कथा लेखकों की रचनाओं में पाए जा सकते हैं। हालाँकि, इस अवधारणा को अभी तक व्यवहार में संभव नहीं माना गया है। शायद यह विश्वास कि हम इस अत्यंत कठिन तकनीकी समस्या को हल करने में सक्षम हैं, वास्तव में केवल आत्म-धोखा है?

स्पेस एलेवेटर के प्रति उत्साही लोगों का मानना ​​है कि इसे बनाना काफी संभव है। उनकी राय में, जहरीले ईंधन पर चलने वाले रॉकेट पुराने, मानव और प्रकृति के लिए खतरनाक और अंतरिक्ष परिवहन के अत्यधिक महंगे रूप हैं। प्रस्तावित विकल्प अनिवार्य रूप से एक रेलवे लाइन है जिसे कक्षा में रखा गया है - एक सुपर-मजबूत केबल, जिसका एक सिरा पृथ्वी की सतह पर तय किया गया है, और दूसरा - जियोसिंक्रोनस कक्षा में स्थित एक काउंटरवेट के लिए और इसलिए लगातार पृथ्वी के एक बिंदु पर लटका हुआ है। सतह। लिफ्ट केबिन के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा विद्युत उपकरणकेबल के साथ ऊपर और नीचे घूमना। अंतरिक्ष लिफ्टों के लिए धन्यवाद, अंतरिक्ष में कार्गो भेजने की लागत 500 डॉलर प्रति किलोग्राम तक कम हो सकती है - इंटरनेशनल एकेडमी ऑफ एस्ट्रोनॉटिक्स (आईएए) की एक हालिया रिपोर्ट के अनुसार, यह आंकड़ा अब लगभग 20,000 डॉलर प्रति किलोग्राम है।

स्पेस एलेवेटर के प्रति उत्साही रॉकेट लॉन्च प्रौद्योगिकियों की कक्षा में हानिकारकता को इंगित करते हैं

इंटरनेशनल स्पेस एलेवेटर कंसोर्टियम ISEC के अध्यक्ष और IAA रिपोर्ट के सह-लेखक पीटर स्वान कहते हैं, "यह तकनीक अभूतपूर्व संभावनाओं को खोलती है, यह मानवता को सौर प्रणाली तक पहुंच प्रदान करेगी।" "मुझे लगता है कि पहले लिफ्ट काम करेंगे स्वचालित मोड में, और 10 के बाद 15 वर्षों में, हमारे पास छह से आठ ऐसे उपकरण होंगे, जो लोगों को परिवहन के लिए पर्याप्त सुरक्षित होंगे।"

विचार की उत्पत्ति

कठिनाई यह है कि ऐसी संरचना की ऊंचाई 100,000 किमी तक होनी चाहिए - यह दो पृथ्वी के भूमध्य रेखा से अधिक है। तदनुसार, संरचना अपने स्वयं के वजन का समर्थन करने के लिए पर्याप्त मजबूत होनी चाहिए। पृथ्वी पर आवश्यक शक्ति विशेषताओं के साथ बस कोई सामग्री नहीं है।

लेकिन कुछ वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि इस समस्या को मौजूदा सदी में ही सुलझाया जा सकता है। एक प्रमुख जापानी निर्माण कंपनी ने 2050 तक एक अंतरिक्ष लिफ्ट बनाने की योजना की घोषणा की है। और अमेरिकी शोधकर्ताओं ने हाल ही में संपीड़ित बेंजीन नैनोफिलामेंट्स पर आधारित हीरे जैसी नई सामग्री बनाई है, जिसकी अनुमानित ताकत अंतरिक्ष लिफ्ट को हमारे कई में एक वास्तविकता बना सकती है। जीवनकाल।

स्पेस एलेवेटर की अवधारणा पर पहली बार 1895 में कॉन्स्टेंटिन त्सिओल्कोवस्की द्वारा विचार किया गया था। पेरिस में नव निर्मित एफिल टॉवर के उदाहरण से प्रेरित होकर, एक रूसी वैज्ञानिक ने एक विशाल टॉवर के निर्माण के भौतिक पहलुओं का अध्ययन करना शुरू किया जो रॉकेट के उपयोग के बिना अंतरिक्ष यान को कक्षा में ले जा सकता था। बाद में, 1979 में, इस विषय का उल्लेख विज्ञान कथा लेखक आर्थर सी। क्लार्क ने "फाउंटेन ऑफ पैराडाइज" उपन्यास में किया था - उनका मुख्य चरित्र एक अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण कर रहा है, जो अब चर्चा की जा रही परियोजनाओं के डिजाइन के समान है।

सवाल यह है कि विचार को जीवन में कैसे लाया जाए। यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में सेंटर फॉर अल्टीट्यूड, स्पेस एंड एक्सट्रीम मेडिसिन के संस्थापक केविन फोंग कहते हैं, "मुझे स्पेस एलेवेटर कॉन्सेप्ट का दुस्साहस बहुत पसंद है।" "मैं देख सकता हूं कि यह लोगों को इतना आकर्षक क्यों लगता है: पृथ्वी की निचली कक्षाओं में सस्ते और सुरक्षित रूप से जाने की क्षमता हमारे लिए सौर मंडल के पूरे आंतरिक क्षेत्र को खोल देती है।"

सुरक्षा समस्याएं

हालांकि, स्पेस एलिवेटर बनाना आसान नहीं होगा। "शुरुआत करने के लिए, केबल सुपर मजबूत से बना होना चाहिए, लेकिन लचीली सामग्री, जिसके पास चलने वाले वाहनों के वजन का समर्थन करने के लिए आवश्यक वजन और घनत्व की विशेषताएं हैं, और साथ ही लगातार अनुप्रस्थ प्रभावों का सामना करने में सक्षम हैं। उस तरह का सामान अभी मौजूद नहीं है, ”फोंग कहते हैं। "इसके अलावा, इस तरह के लिफ्ट के निर्माण के लिए अंतरिक्ष यान के सबसे गहन उपयोग और मानव जाति के इतिहास में सबसे बड़ी संख्या में स्पेसवॉक की आवश्यकता होगी।"

सुरक्षा मुद्दों को छूट नहीं दी जा सकती है, उन्होंने कहा: "यहां तक ​​​​कि अगर हम लिफ्ट के निर्माण से जुड़ी बड़ी तकनीकी कठिनाइयों को दूर करने का प्रबंधन करते हैं, तो परिणामी संरचना एक विशाल फैला हुआ तार होगा जो अंतरिक्ष यान को डी-ऑर्बिट करता है और अंतरिक्ष मलबे के साथ लगातार बमबारी करता है। "

क्या पर्यटक कभी अंतरिक्ष में जाने के लिए लिफ्ट का इस्तेमाल कर पाएंगे?

पिछले 12 वर्षों में, अंतरिक्ष एलीवेटर के तीन विस्तृत डिज़ाइन दुनिया में प्रकाशित किए गए हैं। 2003 में प्रकाशित "स्पेस एलीवेटर्स" पुस्तक में ब्रैड एडवर्ड्स और एरिक वेस्टलिंग द्वारा पहली बार वर्णित किया गया है। इस लिफ्ट को पृथ्वी पर स्थित लेजर प्रतिष्ठानों की ऊर्जा के कारण 20 टन कार्गो परिवहन के लिए डिज़ाइन किया गया है। परिवहन की अनुमानित लागत $150 प्रति किलोग्राम है, और परियोजना लागत अनुमानित $6 बिलियन है।

2013 में, IAA अकादमी ने इस अवधारणा को अपनी परियोजना में विकसित किया, जो 40 किमी की ऊँचाई तक वायुमंडलीय एजेंटों से लिफ्ट केबिनों की बढ़ी हुई सुरक्षा प्रदान करती है। परिवहन की लागत $500 प्रति किलोग्राम है, और पहले दो ऐसे लिफ्ट के निर्माण की लागत $13 बिलियन है।

अंतरिक्ष लिफ्ट की शुरुआती अवधारणाओं में, विभिन्न संभव समाधानकेबल को तना हुआ स्थिति में रखने के लिए डिज़ाइन किए गए एक स्पेस काउंटरवेट की समस्याएं - इस उद्देश्य के लिए उपयोग करने के प्रस्ताव सहित एक क्षुद्रग्रह पर कब्जा कर लिया गया और वांछित कक्षा में पहुंचा दिया गया। आईएए की रिपोर्ट में कहा गया है कि किसी दिन ऐसा समाधान लागू करना संभव हो सकता है, लेकिन निकट भविष्य में यह संभव नहीं होगा।

दरोगा"

6300 टन वजनी केबल को रखने के लिए काउंटरवेट का वजन 1900 टन होना चाहिए। आंशिक रूप से, इसे अंतरिक्ष यान और अन्य सहायक वाहनों से बनाया जा सकता है जिनका उपयोग लिफ्ट बनाने के लिए किया जाएगा। आस-पास खर्च किए गए उपग्रहों को एक नई कक्षा में खींचकर उपयोग करना भी संभव है।

वे एक "एंकर" बनाने का भी प्रस्ताव करते हैं जो एक बड़े तेल टैंकर या विमान वाहक के आकार के एक फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म के रूप में पृथ्वी पर केबल को सुरक्षित करता है, और इसे बढ़ाने के लिए इसे भूमध्य रेखा के पास रखता है। सहनशक्ति. गैलापागोस द्वीप समूह के 1000 किमी पश्चिम में एक क्षेत्र, जो शायद ही कभी तूफान, बवंडर और टाइफून के लिए प्रवण होता है, को "लंगर" के लिए इष्टतम स्थान के रूप में प्रस्तावित किया गया है।

स्पेस एलेवेटर टीथर के शीर्ष छोर पर स्पेस मलबे को काउंटरवेट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

जापान की शीर्ष पांच निर्माण फर्मों में से एक, ओबैयाशी कॉर्पोरेशन ने पिछले साल घोषणा की थी कि वह एक अधिक मजबूत अंतरिक्ष एलेवेटर बनाने की योजना बना रही है जो स्वचालित मैग्लेव बूथों को वहन करेगा। हाई-स्पीड रेलवे में इसी तरह की तकनीक का इस्तेमाल किया जाता है। एक मजबूत केबल की जरूरत है क्योंकि माना जाता है कि जापानी एलिवेटर का इस्तेमाल लोगों को लाने-ले जाने के लिए किया जाता है। परियोजना की लागत 100 अरब डॉलर आंकी गई है, जबकि कार्गो को कक्षा में ले जाने की लागत 50-100 डॉलर प्रति किलोग्राम हो सकती है।

जबकि इस तरह के एक एलेवेटर के निर्माण में तकनीकी कठिनाइयाँ निस्संदेह लाजिमी होंगी, वास्तव में, एकमात्र संरचनात्मक तत्व जो अभी तक नहीं बनाया जा सकता है, वह केबल ही है, स्वान कहते हैं: “एकमात्र तकनीकी समस्या जिसे हल किया जाना बाकी है वह एक उपयुक्त सामग्री का चयन है केबल बनाने के लिए। बाकी सब कुछ हम अभी बना सकते हैं।"

हीरे के धागे

पर इस पलएक केबल के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री कार्बन नैनोट्यूब है, जिसे 1991 में प्रयोगशाला में बनाया गया था। इन बेलनाकार संरचनाओं में 63 गीगापास्कल की तन्य शक्ति होती है, यानी वे सबसे मजबूत स्टील से लगभग 13 गुना अधिक मजबूत होते हैं।

ऐसे नैनोट्यूब की अधिकतम प्राप्य लंबाई लगातार बढ़ रही है - 2013 में, चीनी वैज्ञानिक इसे आधा मीटर तक लाने में कामयाब रहे। IAA रिपोर्ट के लेखकों का अनुमान है कि 2022 तक एक किलोमीटर की लंबाई और 2030 तक पहुंच जाएगी। स्पेस एलेवेटर में उपयोग के लिए उपयुक्त लंबाई के नैनोट्यूब बनाना संभव होगा।

इस बीच, पिछले साल सितंबर में एक नया सुपर टिकाऊ सामग्री: सामग्री विज्ञान पत्रिका नेचर मैटेरियल्स में प्रकाशित एक लेख में, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान के प्रोफेसर जॉन बैडिंग के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने प्रयोगशाला में सुपर-थिन "डायमंड नैनोवायर्स" के निर्माण की सूचना दी, जो कार्बन से भी मजबूत हो सकता है। नैनोट्यूब।

वैज्ञानिक 200,000 गुना वायुमंडलीय दबाव पर तरल बेंजीन को संपीड़ित करते हैं। फिर दबाव धीरे-धीरे कम हो गया, और यह पता चला कि बेंजीन परमाणुओं को पुन: व्यवस्थित किया गया, जिससे पिरामिडल टेट्राहेड्रा की एक उच्च क्रम वाली संरचना का निर्माण हुआ।

नतीजतन, सुपरथिन फिलामेंट्स का गठन किया गया, जो हीरे की संरचना के समान था। यद्यपि उनके अति-छोटे आयामों के कारण उनकी ताकत को सीधे तौर पर नहीं मापा जा सकता है, सैद्धांतिक गणना से संकेत मिलता है कि ये धागे अस्तित्व में सबसे मजबूत सिंथेटिक सामग्री से अधिक मजबूत हो सकते हैं।

जोखिम में कटौती

बैडिंग कहते हैं, "अगर हम सही लंबाई और गुणवत्ता के हीरे के नैनोवायर या कार्बन नैनोट्यूब बना सकते हैं, तो हमें पूरा यकीन हो सकता है कि वे अंतरिक्ष लिफ्ट में इस्तेमाल होने के लिए पर्याप्त मजबूत होंगे।"

हालांकि, भले ही केबल के लिए उपयुक्त सामग्री ढूंढना संभव हो, संरचना को इकट्ठा करना बहुत मुश्किल होगा। सबसे अधिक संभावना है, परियोजना की सुरक्षा सुनिश्चित करने, आवश्यक धन और प्रतिस्पर्धी हितों के सक्षम प्रजनन से जुड़ी कठिनाइयाँ भी होंगी। हालाँकि, यह हंस को नहीं रोकता है।

एक तरह से या किसी अन्य, मानवता अंतरिक्ष के लिए प्रयास कर रही है और इस पर बहुत पैसा खर्च करने के लिए तैयार है।

"बेशक, हम बड़ी कठिनाइयों का सामना करेंगे, लेकिन पहले अंतरमहाद्वीपीय के निर्माण के दौरान समस्याओं को हल किया जाना था रेलवे[अमेरिका में], और पनामा और स्वेज नहरों के निर्माण में, वे कहते हैं। "इसमें बहुत समय और पैसा लगेगा, लेकिन जैसा कि किसी भी बड़ी परियोजना के साथ होता है, आपको केवल समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है, जबकि साथ ही धीरे-धीरे संभावित जोखिमों को कम करते हैं।"

यहां तक ​​कि एलोन मस्क भी स्पेस एलेवेटर बनाने की संभावना को स्पष्ट रूप से खारिज करने के लिए तैयार नहीं हैं। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में पिछले साल के सम्मेलन में उन्होंने कहा, "मुझे नहीं लगता कि यह विचार आज संभव है, लेकिन अगर कोई अन्यथा साबित कर सकता है, तो यह बहुत अच्छा होगा।"

एक अंतरिक्ष लिफ्ट पर एक यात्रा शायद एक गर्म हवा के गुब्बारे पर एक उड़ान के समान होगी - बिना नोजल की गर्जना के, बिना प्रचंड ज्वाला के। धरती धीरे-धीरे नीचे धंस रही है। घर छोटे हो जाते हैं, सड़कें बमुश्किल ध्यान देने योग्य धागों में बदल जाती हैं, नदियों के चांदी के रिबन पतले हो जाते हैं। अंत में, निचली व्यर्थ दुनिया बादलों में छिपी हुई है, और ऊपरी, पारलौकिक दुनिया खुल जाती है। कांच के पीछे - लौकिक कालापन। और केबिन केबल के साथ उच्च और उच्चतर स्लाइड करता है, ग्रह की नीली-हरी पृष्ठभूमि के खिलाफ अदृश्य होता है और अथाह शून्य में निकल जाता है।

Tsiolkovsky ने एक संरचना का भी वर्णन किया जो कक्षा को पृथ्वी की सतह से जोड़ सकता है। 1960 के दशक की शुरुआत में, यूरी आर्टसुतानोव द्वारा विचार विकसित किया गया था, और आर्थर सी। क्लार्क ने उपन्यास द फाउंटेन ऑफ पैराडाइज में इसका इस्तेमाल किया था। "फंतासी की दुनिया" अंतरिक्ष लिफ्ट के विषय पर लौटती है और यह कल्पना करने की कोशिश करती है कि इसे कैसे काम करना चाहिए और इसके लिए क्या आवश्यक है।

भूस्थैतिक कक्षा

क्या एक उपग्रह के लिए पर्यवेक्षक के सिर के ऊपर गतिहीन होना संभव है? यदि पृथ्वी गतिहीन होती, जैसा कि दुनिया के टॉलेमिक सिस्टम में होता है, तो उत्तर "नहीं" होगा - आखिरकार, केन्द्रापसारक बल के बिना, उपग्रह कक्षा में नहीं रहेगा। लेकिन, जैसा कि हम जानते हैं, पर्यवेक्षक स्वयं स्थिर नहीं है, बल्कि ग्रह के साथ घूमता है। यदि उपग्रह की क्रांति की अवधि नाक्षत्र दिनों (23 घंटे 56 मिनट 4 सेकेंड) के बराबर है, और इसकी कक्षा भूमध्य रेखा के तल में है, तो उपकरण तथाकथित "स्थायी बिंदु" पर मंडराएगा।

एक कक्षा जिसमें उपग्रह खड़े बिंदु के सापेक्ष स्थिर होता है, भूस्थैतिक कहलाता है। और अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए यह अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह उस पर है कि अधिकांश संचार उपग्रह स्थित हैं, और संचार अंतरिक्ष के व्यावसायिक उपयोग की मुख्य दिशा है। भूमध्य रेखा के ऊपर लटके हुए पुनरावर्तक के माध्यम से प्रसारण निश्चित "व्यंजन" पर प्राप्त किया जा सकता है।

मानवयुक्त स्टेशन को भूस्थैतिक कक्षा में स्थापित करने का भी विचार है। किसलिए? सबसे पहले, संचार उपग्रहों के रखरखाव और मरम्मत के लिए। उपग्रहों के कुछ और वर्षों तक चलने के लिए, अक्सर केवल माइक्रोथ्रस्टर्स को फिर से ईंधन देना आवश्यक होता है जो अभिविन्यास प्रदान करते हैं। सौर पेनल्सऔर एंटेना। मानवयुक्त स्टेशन भूस्थैतिक कक्षा के साथ पैंतरेबाज़ी करने में सक्षम होगा, नीचे उतरेगा (उसी समय, इसका कोणीय वेग "खड़े" उपग्रहों की तुलना में अधिक हो जाएगा), रखरखाव की आवश्यकता वाले उपकरण के साथ पकड़ और फिर से उठना। इसके लिए ईंधन कम कक्षा वाले स्टेशन की खपत से अधिक नहीं लेगा जब यह दुर्लभ वातावरण के खिलाफ घर्षण पर काबू पा लेता है।

यह एक बहुत बड़ा लाभ प्रतीत होता है। लेकिन इस तरह के एक दूरस्थ चौकी की आपूर्ति करना बहुत महंगा होगा। चालक दल के परिवर्तन और परिवहन जहाजों को वर्तमान में उपयोग में आने वाले भारी लॉन्च वाहनों की तुलना में पांच गुना अधिक की आवश्यकता होगी। स्पेस एलेवेटर बनाने के लिए गगनचुंबी स्टेशन का उपयोग करने का विचार बहुत अधिक आकर्षक है।

रस्सियों

क्या होता है यदि एक केबल को भू-स्थिर उपग्रह से पृथ्वी की दिशा में नीचे फेंका जाता है? सबसे पहले कोरिओलिस बल उसे आगे बढ़ाएगा। आखिरकार, यह उपग्रह के समान गति प्राप्त करेगा, लेकिन निचली कक्षा में होगा, जिसका अर्थ है कि इसका कोणीय वेग अधिक होगा। लेकिन कुछ समय बाद केबल का वजन बढ़ जाएगा और लंबवत लटक जाएगा। रोटेशन की त्रिज्या कम हो जाएगी, और केन्द्रापसारक बल अब गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करने में सक्षम नहीं होगा। यदि आप रस्सी को खोदना जारी रखते हैं, तो देर-सबेर यह ग्रह की सतह पर पहुंच जाएगा।

सिस्टम के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को स्थानांतरित होने से रोकने के लिए, एक काउंटरवेट की आवश्यकता होती है। कुछ खर्च किए गए उपग्रहों या यहां तक ​​​​कि एक छोटे क्षुद्रग्रह को गिट्टी के रूप में उपयोग करने का सुझाव देते हैं। लेकिन एक और दिलचस्प विकल्प है - केबल को पृथ्वी से विपरीत दिशा में खोदना। वह भी सीधा होकर खिंचेगा। लेकिन अब अपने वजन के तहत नहीं, बल्कि केन्द्रापसारक बल के कारण।

साधारण गिट्टी की तुलना में दूसरी केबल अधिक उपयोगी होगी। भूस्थैतिक कक्षा में पेलोड का सस्ता, गैर-रॉकेट वितरण उपयोगी है, लेकिन यह अपने आप में लिफ्ट की लागत को उचित नहीं ठहराएगा। 36,000 किलोमीटर की ऊंचाई पर स्थित स्टेशन सिर्फ ट्रांसफर प्वाइंट बनेगा। इसके अलावा, पहले से ही ऊर्जा व्यय के बिना, केन्द्रापसारक बल द्वारा त्वरित किया जा रहा है, लोड दूसरी केबल के साथ आगे बढ़ेगा। पृथ्वी से 144,000 किलोमीटर की दूरी पर, उनकी गति दूसरी लौकिक से अधिक होगी। लिफ्ट एक गुलेल में बदल जाएगी, जो ग्रह के घूमने की ऊर्जा के कारण चंद्रमा, शुक्र और मंगल पर प्रक्षेप्य भेजती है।

समस्या केबल है, जो शानदार लंबाई के बावजूद अपने वजन के नीचे नहीं टूटनी चाहिए। स्टील की रस्सी के साथ, यह पहले से ही 60 किलोमीटर की लंबाई में होगा (और संभवतः बहुत पहले, क्योंकि बुनाई के दौरान दोष अपरिहार्य हैं)। टूटने से बचा जा सकता है अगर रस्सी की मोटाई ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़ती है - आखिरकार, प्रत्येक बाद के खंड को अपने स्वयं के वजन और पिछले सभी के वजन का सामना करना पड़ता है। लेकिन विचार प्रयोग को बाधित करना होगा: ऊपरी छोर के करीब, केबल इतनी मोटाई तक पहुंच जाएगी कि पृथ्वी की पपड़ी में लोहे का भंडार उसके लिए पर्याप्त नहीं होगा।

यहां तक ​​​​कि सबसे मजबूत पॉलीथीन "डायनेमा" (डायनेमा), जिसमें से बुलेटप्रूफ वेस्ट और पैराशूट लाइनें बनाई जाती हैं, फिट नहीं होती हैं। इसका घनत्व कम है, एक वर्ग मिलीमीटर के क्रॉस सेक्शन के साथ दो टन का भार होता है और केवल 2500 किलोमीटर की लंबाई में अपने वजन के नीचे टूट जाता है। लेकिन डेनिमा केबल का द्रव्यमान भी लगभग 300,000 टन होना चाहिए और ऊपरी छोर पर 10 मीटर की मोटाई होनी चाहिए। इस तरह के कार्गो को कक्षा में पहुंचाना लगभग असंभव है, और लिफ्ट केवल ऊपर से बनाई जा सकती है।

होप 1991 में खोजे गए कार्बन नैनोट्यूब से प्रेरित है, सैद्धांतिक रूप से केवलर को 30 गुना तक पार करने में सक्षम है (व्यवहार में, एक पॉलीथीन केबल अभी भी मजबूत है)। यदि उनकी क्षमता के आशावादी अनुमानों की पुष्टि की जाती है, तो 36,000 किमी लंबे, 270 टन वजन और 10 टन की वहन क्षमता वाले निरंतर क्रॉस-सेक्शन के साथ एक टेप का उत्पादन करना संभव होगा। और अगर कम से कम निराशावादी अनुमानों की पुष्टि की जाती है, तो पृथ्वी पर केबल 1 मिमी मोटी और कक्षा में 25 सेंटीमीटर (बिना वजन के 900 टन वजन) के साथ एक लिफ्ट अब एक कल्पना नहीं होगी।

उठाना

स्पेस एलेवेटर के लिए लिफ्ट बनाना कोई मामूली काम नहीं है। एक केबल बनाने के लिए, आपको बस एक नई तकनीक पर काम करने की जरूरत है। इस केबल पर चढ़ने और कक्षा में माल पहुंचाने में सक्षम तंत्र का अभी तक आविष्कार नहीं हुआ है। "स्थलीय" विधि, जब केबिन ड्रम पर रस्सी के घाव से जुड़ा होता है, आलोचना के लिए खड़ा नहीं होता है: रस्सी के द्रव्यमान की तुलना में भार का द्रव्यमान नगण्य होगा। लिफ्ट को खुद ही चढ़ना होगा।

ऐसा लगता है कि इसे लागू करना आसान है। केबल को रोलर्स के बीच जकड़ा जाता है, और कार घर्षण द्वारा पकड़ी जाती है। लेकिन यह केवल विज्ञान कथा में एक अंतरिक्ष लिफ्ट है - एक टावर या एक शक्तिशाली स्तंभ, जिसके अंदर केबिन चलता है। हकीकत में, एक बमुश्किल दिखाई देने वाला धागा पृथ्वी की सतह तक पहुंचेगा, सबसे अच्छा: एक संकीर्ण रिबन। रोलर्स और समर्थन के बीच संपर्क का क्षेत्र नगण्य होगा, जिसका अर्थ है कि घर्षण महान नहीं हो सकता।

एक और सीमा है - तंत्र को केबल को नुकसान नहीं पहुंचाना चाहिए। काश, जबकि नैनोफैब्रिक अविश्वसनीय रूप से आंसू प्रतिरोधी होता है, इसका मतलब यह नहीं है कि इसे काटना या खत्म करना मुश्किल है। फटे केबल को बदलना काफी मुश्किल होगा। और अगर फट जाए अधिक ऊंचाई परकेन्द्रापसारक बल पूरे प्रोजेक्ट को नष्ट करते हुए स्टेशन को अंतरिक्ष में दूर तक ले जाएगा। किसी आपात स्थिति में सिस्टम के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को कक्षा में रखने के लिए, केबल की पूरी लंबाई के साथ छोटी खदानें लगानी होंगी। जब शाखाओं में से एक टूट जाती है, तो वे तुरंत द्रव्यमान में विपरीत के बराबर भाग को गोली मार देंगे।

साथ ही हल करने के लिए कई अन्य रोचक समस्याएं भी हैं। उदाहरण के लिए, एक दूसरे की ओर बढ़ने वाली लिफ्टों का विचलन, और "अटक" केबिनों से यात्रियों का बचाव।

सबसे कठिन समस्या लिफ्ट की बिजली आपूर्ति है। इंजन के लिए ऊर्जा की बड़ी आवश्यकता होगी। बैटरियों की क्षमता, मौजूदा और विकासाधीन दोनों, पर्याप्त नहीं है। रासायनिक ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति लिफ्ट को टैंकों और इंजनों की बहु-स्तरीय प्रणाली में बदल देगी। इस अद्भुत डिजाइन, वैसे, एक महंगी केबल की भी आवश्यकता नहीं है - यह अभी मौजूद है और इसे "बूस्टर रॉकेट" कहा जाता है।

केबल में संपर्क तारों को एम्बेड करना सबसे आसान तरीका है। लेकिन केबल धातु के तारों के वजन का समर्थन नहीं करेगा, जिसका अर्थ है कि विद्युत प्रवाह संचालित करने के लिए नैनोट्यूब को "सिखाना" होगा। सौर पैनलों या रेडियोआइसोटोप स्रोत के रूप में स्वायत्त शक्ति बल्कि कमजोर है: सबसे आशावादी अनुमान के अनुसार, उनके साथ चढ़ाई में दशकों लगेंगे। बेहतर मास-टू-पॉवर अनुपात वाले परमाणु रिएक्टर को वर्षों में कक्षा में एक केबिन मिल जाएगा। लेकिन वह खुद बहुत भारी है और इसके अलावा, रास्ते में दो या तीन ईंधन भरने की आवश्यकता होगी।

शायद, सबसे बढ़िया विकल्प- यह एक लेज़र या माइक्रोवेव गन का उपयोग करके ऊर्जा का स्थानांतरण है जो एलेवेटर के प्राप्त करने वाले उपकरण को विकिरणित करता है। लेकिन वह खामियों के बिना नहीं है। प्रौद्योगिकी के वर्तमान स्तर पर, प्राप्त ऊर्जा का केवल एक छोटा हिस्सा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। बाकी गर्मी में बदल जाएगा, जिसे वायुहीन स्थान से निकालना बहुत मुश्किल होगा।

यदि केबल क्षतिग्रस्त है, तो क्षतिग्रस्त क्षेत्र में मरम्मत करने वालों को लाना आसान नहीं होगा। और अगर यह टूट जाता है, तो बहुत देर हो चुकी है (खेल हेलो 3: ओडीएसटी से फ्रेम)

विकिरण सुरक्षा

उन लोगों के लिए बुरी खबर जो प्रकाश की सवारी करना चाहते हैं: लिफ्ट पृथ्वी के विकिरण बेल्ट से होकर गुजरेगी। ग्रह का चुंबकीय क्षेत्र सौर हवा के कणों - प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेता है - और खतरनाक विकिरण को सतह तक पहुंचने से रोकता है। नतीजतन, भूमध्यरेखीय तल में पृथ्वी दो विशाल तोरी से घिरी हुई है, जिसके अंदर आवेशित कण केंद्रित हैं। यहां तक ​​कि अंतरिक्ष यान भी इन क्षेत्रों से बचने की कोशिश करते हैं।

पहला बेल्ट, प्रोटॉन ट्रैप, 500-1300 किलोमीटर की ऊँचाई पर शुरू होता है और 7000 किलोमीटर की ऊँचाई पर समाप्त होता है। इसके पीछे लगभग 13,000 किलोमीटर की ऊँचाई तक अपेक्षाकृत सुरक्षित क्षेत्र है। लेकिन इससे भी आगे, 13 से 20 हजार किलोमीटर के बीच, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के बाहरी विकिरण बेल्ट का सफाया हो जाता है।

कक्षीय स्टेशन विकिरण बेल्ट के नीचे परिक्रमा करते हैं। मानवयुक्त अंतरिक्ष यान ने उन्हें केवल चंद्र अभियानों के दौरान पार किया, इस पर केवल कुछ घंटे बिताए। लेकिन प्रत्येक बेल्ट को पार करने में लिफ्ट को लगभग एक दिन का समय लगेगा। इसका मतलब है कि केबिन को गंभीर विकिरण-रोधी सुरक्षा प्रदान करनी होगी।

घाट टॉवर

स्पेस एलिवेटर के आधार की कल्पना आमतौर पर इक्वाडोर, गैबॉन के जंगलों या ओशिनिया के एक एटोल में स्थित जमीनी संरचनाओं के एक परिसर के रूप में की जाती है। लेकिन सबसे स्पष्ट समाधान हमेशा सबसे अच्छा नहीं होता है। एक टीथर डी-ऑर्बिटेड को जहाज के डेक या एक विशाल टॉवर के शीर्ष पर सुरक्षित किया जा सकता है। एक समुद्री जहाज तूफान को चकमा दे सकता है, अगर किसी ऐसे लिफ्ट को नहीं काटता है जिसमें काफी घुमाव है, तो लिफ्टों को फेंक दें।

12-15 किलोमीटर ऊँचा एक टॉवर केबल को वातावरण के दंगे से बचाएगा, इसके अलावा, यह इसकी लंबाई को कुछ हद तक कम कर देगा। पहली नज़र में, लाभ नगण्य लगता है, लेकिन यदि केबल का द्रव्यमान इसकी लंबाई पर घातीय रूप से निर्भर करता है, तो एक छोटा सा लाभ भी महत्वपूर्ण बचत प्राप्त करने की अनुमति देगा। इसके अलावा, मूरिंग टॉवर धागे के सबसे पतले और सबसे कमजोर हिस्से को अस्वीकार करके सिस्टम की वहन क्षमता को लगभग दोगुना करना संभव बनाता है।

हालाँकि, इतनी ऊँचाई की इमारत खड़ी करना केवल विज्ञान कथा उपन्यासों के पन्नों पर ही संभव है। सैद्धांतिक रूप से, ऐसा टावर ऐसी सामग्री से बनाया जा सकता है जिसमें हीरे की कठोरता हो। वास्तव में, कोई भी नींव इसके वजन का समर्थन नहीं कर सकती है।

फिर भी, कई किलोमीटर की ऊंचाई पर मूरिंग टावर बनाना संभव है। केवल निर्माण सामग्रीकंक्रीट नहीं सेवा करनी चाहिए, लेकिन गैस: हीलियम से भरे गुब्बारे। ऐसा टॉवर एक "फ्लोट" होगा, जिसका निचला हिस्सा वायुमंडल में डूबा हुआ है और आर्किमिडीयन बल के कारण ऊपरी हिस्से का समर्थन करता है, जो पहले से ही लगभग वायुहीन स्थान में है। यह संरचना अलग, छोटे और पूरी तरह से विनिमेय ब्लॉकों से नीचे से बनाई जा सकती है। 100 या 160 किलोमीटर की ऊंचाई तक पहुंचने वाले "इन्फ्लैटेबल टावर" के लिए कोई मौलिक बाधाएं नहीं हैं।

स्पेस एलेवेटर के बिना भी, "फ्लोटिंग टॉवर" समझ में आता है। बिजली संयंत्र की तरह - अगर बाहरी आवरण सौर पैनलों से ढका हो। एक पुनरावर्तक के रूप में डेढ़ हजार किलोमीटर के दायरे में सेवा कर रहा है। अंत में, ऊपरी वायुमंडल के अध्ययन के लिए एक वेधशाला और आधार के रूप में।

और यदि आप सैकड़ों किलोमीटर की ऊँचाई पर लक्ष्य नहीं रखते हैं, तो आप एक रिंग के आकार के गुब्बारे का उपयोग कर सकते हैं, जो कि 40 किलोमीटर की ऊँचाई पर एक मूरिंग स्टेशन के रूप में "लंगर" है। एक विशाल एयरशिप (या एक के ऊपर एक स्थित कई एयरशिप) पिछले दसियों किलोमीटर में अपना वजन लेते हुए, लिफ्ट केबल को उतार देगा।

लेकिन सबसे महत्वपूर्ण लाभ 360 किमी / घंटा की गति से भूमध्य रेखा के ऊपर उड़ान भरने वाले उच्च ऊंचाई वाले हवाई पोत के रूप में एक चलते हुए मंच द्वारा दिया जाएगा (जो काफी हद तक प्राप्त करने योग्य है जब इंजन सौर पैनलों और एक परमाणु रिएक्टर द्वारा संचालित होता है। ). ऐसे में सैटेलाइट को एक बिंदु पर लटकने की जरूरत नहीं होती है। इसकी कक्षा भूस्थैतिक एक से 7,000 किलोमीटर नीचे स्थित होगी, जो केबल की लंबाई को 20% कम कर देगी, और द्रव्यमान को 2.5 गुना ("मूरिंग टॉवर" के उपयोग से लाभ को ध्यान में रखते हुए) कम कर देगी। यह एयरशिप को माल पहुंचाने की समस्या को हल करने के लिए बनी हुई है।

गुरुत्वाकर्षण गुलेल

स्पेस एलेवेटर सबसे महत्वाकांक्षी है, लेकिन अंतरिक्ष यान को लॉन्च करने के लिए टीथर का उपयोग करने वाली एकमात्र परियोजना नहीं है। प्रौद्योगिकी के वर्तमान स्तर पर कुछ अन्य विचारों को पहले से ही लागू किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, क्या होगा यदि एक केबल से बंधे भार को पृथ्वी से दूर "ऊपर" कक्षा में मँडराते हुए एक शटल से बाहर धकेल दिया जाए? संवेग के संरक्षण के नियम के अनुसार, जहाज खुद ही निचली कक्षा में चला जाएगा। और यह गिरना शुरू हो जाएगा। लोड, इसके साथ अनइंडिंग केबल को खींचकर, पहले कोरिओलिस बल द्वारा वापस विक्षेपित किया जाएगा, लेकिन फिर यह "ऊपर" जाएगा। आखिरकार, रोटेशन की त्रिज्या में वृद्धि के साथ, गुरुत्वाकर्षण कमजोर हो जाएगा, और केन्द्रापसारक बल बढ़ जाएगा। सिस्टम एक ट्रेबुचेट की तरह काम करेगा - एक प्राचीन फेंकने वाली मशीन। पत्थरों के साथ पिंजरे की भूमिका शटल द्वारा ले ली जाएगी, केबल एक स्लिंग में बदल जाएगी, और अक्ष प्रणाली के द्रव्यमान का सामान्य केंद्र होगा, जो कि प्रारंभिक कक्षा में भारहीनता की स्थिति में है। जहाज। धुरी के बारे में बहने के बाद, केबल लंबवत दिशा में सीधा हो जाएगा, खिंचाव और भार फेंक देगा।

एक गुरुत्वाकर्षण गुलेल और एक अंतरिक्ष लिफ्ट के बीच का अंतर यह है कि लिफ्ट में "पिंजरे" की भूमिका ग्रह द्वारा ही निभाई जाती है, "पृथ्वी-प्रक्षेप्य" के द्रव्यमान के केंद्र के सापेक्ष एक समान रूप से कम ऊंचाई पर "गिरना" प्रणाली। इस स्थिति में, शटल की गतिज ऊर्जा खर्च होगी। जहाज अपनी गति का हिस्सा कार्गो में स्थानांतरित कर देगा - कहते हैं, एक स्वचालित इंटरप्लेनेटरी स्टेशन - गति और ऊंचाई खो देगा और वातावरण की घनी परतों में प्रवेश करेगा। जो अच्छा भी है, क्योंकि आमतौर पर, कक्षा से नीचे उतरने के लिए, शटल को ईंधन जलाने वाले इंजनों द्वारा धीमा करना पड़ता है।

एक केबल गुलेल की मदद से, शटल पारंपरिक तरीके से मंगल या शुक्र पर 2-3 गुना अधिक माल भेजने में सक्षम होगा। हालांकि, जो अभी भी शटल सिस्टम को दक्षता में पारंपरिक लॉन्च वाहन के साथ प्रतिस्पर्धा करने की अनुमति नहीं देगा। दरअसल, "इजेक्शन" लॉन्च के लिए, न केवल पेलोड, बल्कि "काउंटरवेट" के साथ एक विशाल केबल को भी कक्षा में लाना आवश्यक होगा। एक और बात यह है कि एक गुलेल के लिए एक काउंटरवेट सही कक्षा में पाया जा सकता है - उदाहरण के लिए, एक परिवहन जहाज जिसने अपना मिशन पूरा कर लिया है, उपयुक्त है। इसके अलावा, "अंतरिक्ष मलबे" का एक द्रव्यमान हमारे ग्रह के चारों ओर घूमता है, जिसे निकट भविष्य में एकत्र करना होगा।

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स्पेस एलेवेटर के निर्माण से जुड़ी समस्याएं हल होने से बहुत दूर हैं। रॉकेट और शटल का एक लागत प्रभावी विकल्प जल्द ही दिखाई नहीं देगा। लेकिन फिलहाल, "शून्यता की सीढ़ी" सबसे शानदार और बड़े पैमाने की परियोजना है जिस पर विज्ञान काम कर रहा है। भले ही संरचना, जो कि ग्रह के व्यास से एक दर्जन गुना अधिक है, अप्रभावी हो जाती है, यह मानव जाति के इतिहास में एक नए चरण की शुरुआत को चिह्नित करेगी। वही "पालने से बाहर निकलें" जिसके बारे में कॉन्स्टेंटिन एडुआर्डोविच त्सोल्कोवस्की ने एक सदी से भी पहले बात की थी।

आज, अंतरिक्ष यान चंद्रमा, सूर्य, ग्रहों और क्षुद्रग्रहों, धूमकेतुओं और ग्रहों के बीच अंतरिक्ष का पता लगाता है। लेकिन रासायनिक-ईंधन वाले रॉकेट अभी भी पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से परे एक पेलोड लॉन्च करने का एक महंगा और कम-शक्ति साधन हैं। आधुनिक रॉकेट तकनीक लगभग प्रकृति द्वारा निर्धारित संभावनाओं की सीमा तक पहुँच चुकी है रासायनिक प्रतिक्रिएं. क्या मानवता एक तकनीकी गतिरोध पर पहुंच गई है? अगर आप स्पेस एलेवेटर के पुराने आइडिया को देखें तो बिल्कुल नहीं।

उत्पत्ति पर

पहला व्यक्ति जिसने "पुल-अप्स" की मदद से ग्रह के गुरुत्वाकर्षण को दूर करने के बारे में गंभीरता से सोचा, वह जेट वाहनों के डेवलपर्स में से एक फेलिक्स ज़ेंडर था। सपने देखने वाले और आविष्कारक बैरन मुनचौसेन के विपरीत, ज़ेंडर ने चंद्रमा के लिए एक अंतरिक्ष लिफ्ट का वैज्ञानिक रूप से आधारित संस्करण प्रस्तावित किया। चंद्रमा और पृथ्वी के बीच रास्ते में एक बिंदु है जिस पर इन पिंडों के आकर्षण बल एक दूसरे को संतुलित करते हैं। यह चंद्रमा से 60,000 किमी की दूरी पर स्थित है। चंद्रमा के करीब, चंद्र गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी की तुलना में अधिक मजबूत होगा, और आगे कमजोर होगा। इसलिए यदि आप चंद्रमा को केबल से किसी क्षुद्रग्रह के बाईं ओर बांधते हैं, कहते हैं, चंद्रमा से 70,000 किमी की दूरी पर, तो केवल केबल क्षुद्रग्रह को पृथ्वी पर गिरने नहीं देगा। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा केबल को लगातार खींचा जाएगा, और चंद्र आकर्षण की सीमा से परे चंद्रमा की सतह से इसके साथ उठना संभव होगा। वैज्ञानिक दृष्टिकोण से यह बिल्कुल सही विचार है। उसे तुरंत योग्य ध्यान केवल इसलिए नहीं मिला क्योंकि ज़ेंडर के समय बस सामग्री मौजूद नहीं थी, जिससे केबल अपने वजन के नीचे नहीं टूटेगी।

“1951 में, प्रोफेसर बकमिनस्टर फुलर ने पृथ्वी के भूमध्य रेखा के चारों ओर एक फ्री-फ्लोटिंग सर्कुलर ब्रिज विकसित किया। इस विचार को वास्तविकता बनाने के लिए केवल एक स्पेस एलेवेटर की आवश्यकता होती है। और हमारे पास यह कब होगा? मैं अनुमान नहीं लगाना चाहता, इसलिए मैं उस उत्तर को अपना रहा हूं जो आर्थर कांट्रोविट्ज़ ने दिया था जब किसी ने उनसे उनके लेजर लॉन्च सिस्टम के बारे में एक प्रश्न पूछा था। स्पेस एलेवेटर 50 साल बाद बनाया जाएगा जब इस विचार पर अब हंसी नहीं आएगी। ” ("द स्पेस एलेवेटर: थॉट एक्सपेरिमेंट या की टू द यूनिवर्स?", XXX इंटरनेशनल एस्ट्रोनॉटिकल कांग्रेस, म्यूनिख में भाषण, सितंबर 20, 1979।)

पहले विचार

अंतरिक्ष यात्रियों में पहली ही सफलता ने उत्साही लोगों की कल्पना को फिर से जगा दिया। 1960 में, एक युवा सोवियत इंजीनियर यूरी आर्टसुतानोव ने ध्यान आकर्षित किया दिलचस्प विशेषतातथाकथित भूस्थैतिक उपग्रह (जीएसएस)। ये उपग्रह पृथ्वी के भूमध्य रेखा के तल में एक गोलाकार कक्षा में हैं और पृथ्वी के दिन की अवधि के बराबर क्रांति की अवधि है। इसलिए, एक भूस्थैतिक उपग्रह भूमध्य रेखा पर एक ही बिंदु पर लगातार लटका रहता है। आर्टसुटानोव ने जीएसएस को एक केबल के साथ पृथ्वी के भूमध्य रेखा के नीचे एक बिंदु से जोड़ने का प्रस्ताव दिया। केबल पृथ्वी के सापेक्ष गतिहीन होगी, और लिफ्ट केबिन को अंतरिक्ष में लॉन्च करने का विचार इसके साथ ही सुझाता है। इस उज्ज्वल विचार ने बहुतों का मन मोह लिया। प्रसिद्ध लेखक आर्थर सी। क्लार्क ने एक काल्पनिक उपन्यास, द फाउंटेन ऑफ पैराडाइज भी लिखा था, जिसमें पूरा प्लॉट एक अंतरिक्ष लिफ्ट के निर्माण से जुड़ा है।

लिफ्ट की समस्या

आज, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान पहले से ही जीएसएस पर एक अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार को लागू करने की कोशिश कर रहे हैं, इस विचार के डेवलपर्स के बीच प्रतियोगिताएं भी आयोजित की जा रही हैं। डिजाइनरों के मुख्य प्रयासों का उद्देश्य उन सामग्रियों को ढूंढना है जिनसे 40,000 किमी लंबी केबल बनाना संभव है, जो न केवल अपने वजन का सामना करने में सक्षम है, बल्कि बाकी संरचना का वजन भी है। यह उल्लेखनीय है कि केबल के लिए उपयुक्त पदार्थ का आविष्कार पहले ही हो चुका है। ये कार्बन नैनोट्यूब हैं। अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए आवश्यक ताकत की तुलना में उनकी ताकत कई गुना अधिक है, लेकिन हमें अभी भी सीखने की जरूरत है कि इस तरह के हजारों किलोमीटर लंबी ट्यूबों से दोष मुक्त धागा कैसे बनाया जाए। इसमें कोई संदेह नहीं है कि इस तरह की तकनीकी समस्या जल्द या बाद में हल हो जाएगी।

पृथ्वी से निम्न पृथ्वी की कक्षा तक, पारंपरिक रासायनिक-ईंधन वाले रॉकेटों द्वारा कार्गो वितरित किया जाता है। वहां से, ऑर्बिटल टग कार्गो को "लोअर एलेवेटर प्लेटफॉर्म" पर गिराते हैं, जो चंद्रमा से जुड़ी एक केबल द्वारा सुरक्षित रूप से लंगर डाला जाता है। लिफ्ट चंद्रमा पर कार्गो पहुंचाती है। अंतिम चरण में ब्रेकिंग (और स्वयं रॉकेट) की आवश्यकता के अभाव में और चंद्रमा से चढ़ाई के दौरान महत्वपूर्ण लागत बचत संभव है। लेकिन, लेख में वर्णित एक के विपरीत, ऐसा विन्यास व्यावहारिक रूप से ज़ेंडर के विचार को दोहराता है और इस चरण के लिए रॉकेट प्रौद्योगिकी को बनाए रखते हुए, पृथ्वी से पेलोड निकालने की समस्या को हल नहीं करता है।

स्पेस एलेवेटर के निर्माण के रास्ते में दूसरा और गंभीर कार्य लिफ्ट के लिए एक इंजन और इसकी बिजली आपूर्ति के लिए एक प्रणाली विकसित करना है। आखिरकार, चढ़ाई के बहुत अंत तक केबिन को ईंधन भरने के बिना 40,000 किमी चढ़ना चाहिए! इसे कैसे प्राप्त किया जाए - अभी तक कोई नहीं समझ पाया है।

अस्थिर संतुलन

लेकिन एक जियोस्टेशनरी उपग्रह के लिए एक लिफ्ट के लिए सबसे बड़ी, यहां तक ​​​​कि दुर्गम कठिनाई आकाशीय यांत्रिकी के नियमों से संबंधित है। गुरुत्वाकर्षण और केन्द्रापसारक बल के संतुलन के कारण ही GSS अपनी अद्भुत कक्षा में है। इस संतुलन का कोई भी उल्लंघन इस तथ्य की ओर जाता है कि उपग्रह अपनी कक्षा को बदलता है और अपना "स्थिर बिंदु" छोड़ देता है। यहां तक ​​कि पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में छोटी-छोटी असमानताएं, सूर्य और चंद्रमा की ज्वारीय शक्तियां, और सूर्य के प्रकाश के दबाव के कारण भूस्थैतिक कक्षा में उपग्रह लगातार बहते रहते हैं। इसमें जरा भी संदेह नहीं है कि लिफ्ट सिस्टम के भार के तहत उपग्रह भूस्थैतिक कक्षा में नहीं रह पाएगा और गिर जाएगा। हालांकि, एक भ्रम है कि केबल को भूस्थैतिक कक्षा से बहुत दूर तक विस्तारित करना संभव है और इसके दूर छोर पर एक विशाल प्रतिभार रखना संभव है। पहली नज़र में, टेथर्ड काउंटरवेट पर काम करने वाला केन्द्रापसारक बल केबल को खींचेगा ताकि इसके साथ चलने वाली कार से अतिरिक्त भार काउंटरवेट की स्थिति को बदल न सके, और लिफ्ट काम करने की स्थिति में रहेगी। यह सच होगा यदि एक लचीली केबल के बजाय एक कठोर अनम्य रॉड का उपयोग किया जाता है: तब पृथ्वी के घूमने की ऊर्जा को रॉड के माध्यम से केबिन में प्रेषित किया जाएगा, और इसकी गति से पार्श्व बल की भरपाई नहीं होगी। केबल तनाव। और यह बल अनिवार्य रूप से निकट-पृथ्वी लिफ्ट की गतिशील स्थिरता को तोड़ देगा, और यह ढह जाएगा!

आकाश खेल का मैदान

सौभाग्य से पृथ्वीवासियों के लिए, प्रकृति ने हमारे लिए स्टोर किया है अद्भुत समाधान- लूना। न केवल चंद्रमा इतना विशाल है कि कोई लिफ्ट इसे स्थानांतरित नहीं कर सकती, यह अभी भी लगभग गोलाकार कक्षा में है और साथ ही यह हमेशा एक तरफ से पृथ्वी की ओर मुड़ा रहता है! यह सिर्फ विचार की मांग करता है - पृथ्वी और चंद्रमा के बीच लिफ्ट को फैलाने के लिए, लेकिन लिफ्ट केबल को चंद्रमा पर केवल एक छोर से ठीक करने के लिए। केबल के दूसरे छोर को लगभग पृथ्वी पर ही उतारा जा सकता है, और पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल इसे पृथ्वी और चंद्रमा के द्रव्यमान के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ एक तार की तरह खींचेगा। मुक्त छोर को पृथ्वी की सतह तक पहुंचने देना केवल असंभव है। हमारा ग्रह अपनी धुरी के चारों ओर घूमता है, यही कारण है कि केबल के अंत में पृथ्वी की सतह के सापेक्ष लगभग 400 मीटर प्रति सेकंड की गति होगी, अर्थात यह ध्वनि की गति से अधिक गति से वातावरण में चलती है। कोई भी संरचना ऐसे वायु प्रतिरोध का सामना नहीं कर सकती। लेकिन अगर आप लिफ्ट कार को 30-50 किमी की ऊँचाई तक नीचे करते हैं, जहाँ हवा पर्याप्त रूप से विरल है, तो इसके प्रतिरोध की उपेक्षा की जा सकती है। कॉकपिट की गति लगभग 0.4 किमी/सेकेंड रहेगी, और आधुनिक उच्च ऊंचाई वाले स्ट्रैटोप्लेन आसानी से ऐसी गति प्राप्त कर लेते हैं। एलेवेटर केबिन तक उड़ान भरने और इसके साथ डॉक करने के बाद (यह डॉकिंग तकनीक लंबे समय से इन-फ्लाइट ईंधन भरने और अंतरिक्ष यान में विमान निर्माण दोनों में काम कर चुकी है), आप कार्गो को स्ट्रैटोप्लेन से केबिन या पीछे ले जा सकते हैं। उसके बाद, एलिवेटर कार चंद्रमा पर चढ़ना शुरू कर देगी, और स्ट्रैटोप्लेन पृथ्वी पर वापस आ जाएगा। वैसे, चंद्रमा से वितरित कार्गो को बस केबिन से पैराशूट पर गिराया जा सकता है और जमीन या समुद्र में सुरक्षित और ध्वनि उठा सकता है।

टक्कर से बचना

पृथ्वी और चंद्रमा को जोड़ने वाली लिफ्ट को एक और समस्या का समाधान करना होगा। महत्वपूर्ण कार्य. निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में है एक बड़ी संख्या कीऑपरेटिंग अंतरिक्ष यान और कई हजार गैर-ऑपरेटिंग उपग्रह, उनके टुकड़े और अन्य अंतरिक्ष मलबे। उनमें से किसी के साथ लिफ्ट के टकराने से केबल में दरार आ जाएगी। इस परेशानी से बचने के लिए, 60,000 किमी लंबे तार के "निचले" हिस्से को उठाने योग्य बनाने और इसे पृथ्वी के उपग्रह आंदोलन क्षेत्र से बाहर निकालने का प्रस्ताव है, जब इसकी आवश्यकता नहीं है। निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में पिंडों की स्थिति की निगरानी उस समय की भविष्यवाणी करने में काफी सक्षम है जब इस क्षेत्र में लिफ्ट कार की आवाजाही सुरक्षित होगी।

अंतरिक्ष लिफ्ट चरखी

चंद्रमा के लिए अंतरिक्ष लिफ्ट में गंभीर समस्या है। पारंपरिक लिफ्ट के केबिन कुछ मीटर प्रति सेकंड से अधिक की गति से चलते हैं, और इस गति से, यहां तक ​​​​कि 100 किमी (अंतरिक्ष की निचली सीमा तक) की ऊंचाई तक चढ़ने में एक दिन से अधिक समय लगना चाहिए। भले ही हम 200 किमी/घंटा की रेलगाड़ियों की अधिकतम गति से चले, चंद्रमा की यात्रा में लगभग तीन महीने लगेंगे। साल में चांद पर केवल दो चक्कर लगाने में सक्षम एलिवेटर की मांग में होने की संभावना नहीं है।

यदि, हालांकि, तार को एक सुपरकंडक्टर फिल्म के साथ कवर किया जाता है, तो इसकी सामग्री के संपर्क के बिना चुंबकीय कुशन पर तार के साथ चलना संभव होगा। इस मामले में, आधे रास्ते में तेजी लाना और केबिन को आधे रास्ते में धीमा करना संभव होगा।

एक साधारण गणना से पता चलता है कि 1 ग्राम (पृथ्वी पर सामान्य गुरुत्वाकर्षण के बराबर) के त्वरण के साथ, चंद्रमा की पूरी यात्रा में केवल 3.5 घंटे लगेंगे, अर्थात, केबिन प्रतिदिन चंद्रमा की तीन यात्राएँ करने में सक्षम होगा। कमरे के तापमान पर काम करने वाले सुपरकंडक्टर्स के निर्माण पर वैज्ञानिक सक्रिय रूप से काम कर रहे हैं, और निकट भविष्य में उनकी उपस्थिति की उम्मीद की जा सकती है।

कचरा बाहर फेंकने के लिए

दिलचस्प बात यह है कि सफर के बीच में केबिन की स्पीड 60 किमी/सेकेंड तक पहुंच जाएगी। यदि, त्वरण के बाद, पेलोड को केबिन से हटा दिया जाता है, तो इतनी गति से इसे सौर मंडल के किसी भी बिंदु पर, यहां तक ​​​​कि सबसे दूर के ग्रह पर भी निर्देशित किया जा सकता है। और इसका मतलब यह है कि चंद्रमा के लिए लिफ्ट सौर मंडल के भीतर पृथ्वी से गैर-रॉकेट उड़ानें प्रदान करने में सक्षम होगी।

और लिफ्ट की मदद से पृथ्वी से खतरनाक कचरे को सूर्य पर फेंकना काफी अनोखा होगा। हमारा मूल सितारा इतनी शक्ति की परमाणु भट्टी है कि कोई भी कचरा, यहाँ तक कि रेडियोधर्मी कचरा भी बिना निशान के जल जाएगा। तो चंद्रमा के लिए एक पूर्ण लिफ्ट न केवल मानव जाति के अंतरिक्ष विस्तार का आधार बन सकती है, बल्कि हमारे ग्रह को तकनीकी प्रगति की बर्बादी से साफ करने का साधन भी बन सकती है।

हालांकि स्पेस एलेवेटर का निर्माण पहले से ही हमारे भीतर है इंजीनियरिंग क्षमताएं, दुर्भाग्य से, इस संरचना के आस-पास जुनून हाल ही में कम हो गया है। इसका कारण यह है कि वैज्ञानिक अभी भी औद्योगिक पैमाने पर आवश्यक शक्ति के कार्बन नैनोट्यूब का उत्पादन करने की तकनीक प्राप्त नहीं कर सकते हैं।

कक्षा में कार्गो के गैर-रॉकेट प्रक्षेपण का विचार उसी व्यक्ति द्वारा प्रस्तावित किया गया था जिसने सैद्धांतिक अंतरिक्ष यात्रियों की स्थापना की थी - कॉन्स्टेंटिन एडुआर्डोविच त्सोल्कोवस्की। मैंने पेरिस में जो देखा उससे प्रेरित हूं एफिल टॉवर, उन्होंने अंतरिक्ष लिफ्ट के अपने दृष्टिकोण को महान ऊंचाई के टॉवर के रूप में वर्णित किया। इसकी नोक सिर्फ एक भूस्थैतिक कक्षा में होगी।

लिफ्ट टावर मजबूत सामग्री पर आधारित है जो संपीड़न को रोकता है - लेकिन आधुनिक विचारअंतरिक्ष लिफ्ट अभी भी केबल के साथ एक संस्करण पर विचार कर रहे हैं, जो तनाव में मजबूत होना चाहिए। यह विचार पहली बार 1959 में एक अन्य रूसी वैज्ञानिक, यूरी निकोलाइविच आर्टसुटानोव द्वारा प्रस्तावित किया गया था। पहला वैज्ञानिकों का कामएक केबल के रूप में एक अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए विस्तृत गणना के साथ 1975 में प्रकाशित किया गया था, और 1979 में आर्थर सी। क्लार्क ने इसे अपने काम द फाउंटेन ऑफ पैराडाइज में लोकप्रिय बनाया।

यद्यपि नैनोट्यूब को वर्तमान में सबसे टिकाऊ सामग्री के रूप में पहचाना जाता है, और भूस्थैतिक उपग्रह से खींची गई केबल के रूप में लिफ्ट के निर्माण के लिए उपयुक्त एकमात्र, प्रयोगशाला में प्राप्त नैनोट्यूब की ताकत अभी तक गणना करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

सैद्धांतिक रूप से, नैनोट्यूब की शक्ति 120 GPa से अधिक होनी चाहिए, लेकिन व्यवहार में, एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की उच्चतम प्रसार क्षमता 52 GPa थी, और औसतन वे 30-50 GPa की सीमा में टूट गए। एक स्पेस एलेवेटर को 65–120 GPa की ताकत वाली सामग्री की आवश्यकता होती है।

पिछले साल के अंत में, सबसे बड़े अमेरिकी डॉक्यूमेंट्री फिल्म फेस्टिवल DocNYC में, फिल्म स्काई लाइन को दिखाया गया था, जिसमें नासा से एक्स-प्राइज प्रतियोगिता में भाग लेने वालों सहित - स्पेस एलेवेटर बनाने के लिए यूएसए के इंजीनियरों के प्रयासों का वर्णन किया गया था।

फिल्म के मुख्य किरदार ब्रैडली एडवर्ड्स और माइकल लेन हैं। एडवर्ड्स एक खगोल वैज्ञानिक हैं जो 1998 से अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार पर काम कर रहे हैं। लेन एक उद्यमी और लिफ्टपोर्ट की संस्थापक है, जो प्रचार करने वाली कंपनी है व्यावसायिक उपयोगकार्बन नैनोट्यूब।

90 के दशक के अंत और 2000 के दशक की शुरुआत में, नासा से अनुदान प्राप्त करने के बाद, एडवर्ड्स ने परियोजना के सभी पहलुओं की गणना और मूल्यांकन करते हुए अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार को बारीकी से विकसित किया। उनकी सभी गणनाओं से पता चलता है कि यह विचार संभव है - यदि केवल केबल के लिए पर्याप्त मजबूत फाइबर है।

एडवर्ड्स ने लिफ्टपोर्ट के साथ एक एलिवेटर परियोजना के लिए धन की तलाश के लिए कुछ समय के लिए भागीदारी की, लेकिन आंतरिक असहमति के कारण, परियोजना कभी भी अमल में नहीं आई। लिफ्टपोर्ट 2007 में बंद हो गया- हालांकि एक साल पहले, इसकी कुछ प्रौद्योगिकी के प्रदर्शन के हिस्से के रूप में, उसने गुब्बारे से निलंबित एक मील लंबी लंबवत केबल पर चढ़ने वाले रोबोट का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।

पुन: प्रयोज्य रॉकेटों पर केंद्रित वह निजी स्थान, निकट भविष्य के लिए अंतरिक्ष लिफ्ट के विकास को पूरी तरह से बदल सकता है। उनके अनुसार, स्पेस एलेवेटर केवल इसलिए आकर्षक है क्योंकि यह अधिक प्रदान करता है सस्ते तरीकेकक्षा में माल की डिलीवरी, और इस डिलीवरी की लागत को कम करने के लिए पुन: प्रयोज्य रॉकेट विकसित किए जा रहे हैं।

एडवर्ड्स परियोजना के लिए वास्तविक समर्थन की कमी पर विचार के ठहराव को दोष देते हैं। "परियोजनाएं ऐसी दिखती हैं कि दुनिया भर में फैले सैकड़ों लोग एक शौक के रूप में विकसित होते हैं। जब तक वास्तविक समर्थन और केंद्रीकृत नियंत्रण नहीं होगा तब तक कोई गंभीर प्रगति नहीं होगी।"

जापान में स्पेस एलेवेटर के विचार के विकास के साथ स्थिति अलग है। देश रोबोटिक्स के क्षेत्र में अपनी उपलब्धियों के लिए प्रसिद्ध है, और जापानी भौतिक विज्ञानी सुमियो इजिमा को नैनोट्यूब के क्षेत्र में अग्रणी माना जाता है। यहां स्पेस एलेवेटर का विचार लगभग राष्ट्रीय है।

जापानी कंपनी ओबायशी ने 2050 तक वर्किंग स्पेस एलिवेटर बनाने का वादा किया है। कंपनी के प्रमुख योजी इशिकावा का कहना है कि वे मौजूदा नैनोट्यूब तकनीक को बेहतर बनाने के लिए निजी ठेकेदारों और स्थानीय विश्वविद्यालयों के साथ काम कर रहे हैं।

इशिकावा का कहना है कि कंपनी परियोजना की जटिलता को समझती है, लेकिन उन्हें इसके कार्यान्वयन में कोई बुनियादी बाधा नहीं दिखती है। उनका यह भी मानना ​​है कि जापान में स्पेस एलेवेटर विचार की लोकप्रियता किसी प्रकार के राष्ट्रीय विचार की आवश्यकता के कारण है जो पिछले कुछ दशकों की कठिन आर्थिक स्थिति की पृष्ठभूमि के खिलाफ लोगों को एकजुट करती है।

इशिकावा को भरोसा है कि इस परिमाण के एक विचार को अंतरराष्ट्रीय सहयोग के माध्यम से ही महसूस किया जा सकता है, जापान देश में अंतरिक्ष लिफ्ट की महान लोकप्रियता के कारण इसका लोकोमोटिव बन सकता है।

इस बीच, कनाडाई अंतरिक्ष और रक्षा कंपनी थोथ टेक्नोलॉजी ने पिछली गर्मियों में अपने स्पेस एलिवेटर संस्करण के लिए यूएस पेटेंट #9,085,897 प्राप्त किया। अधिक सटीक रूप से, अवधारणा में एक टावर का निर्माण शामिल है जो कठोरता को बनाए रखता है संपीडित गैस.

टावर को 20 किमी की ऊंचाई तक माल पहुंचाना चाहिए, जहां से उन्हें परंपरागत रॉकेट का उपयोग करके कक्षा में लॉन्च किया जाएगा। इस तरह के एक मध्यवर्ती विकल्प, कंपनी की गणना के अनुसार, रॉकेट की तुलना में 30% तक ईंधन की बचत होगी।

स्कूली बच्चों का चतुर्थ अंतर्राज्यीय सम्मेलन

"सितारों के लिए सड़क"

स्पेस एलेवेटर - कल्पना या वास्तविकता?

पुरा होना:

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पर्यवेक्षक:

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यरोस्लाव

परिचय

अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार के.ई. Tsiolkovsky, यू.एन. आर्टसुतानोव, जी.जी. पोलाकोवा

अंतरिक्ष लिफ्ट डिजाइन

आधुनिक परियोजनाओं का विवरण

निष्कर्ष

परिचय

1978 में, आर्थर सी। क्लार्क द्वारा विज्ञान कथा उपन्यास द फाउंटेन ऑफ पैराडाइज प्रकाशित किया गया था, जो एक अंतरिक्ष लिफ्ट के निर्माण के विचार को समर्पित था। यह कार्रवाई 22 वीं शताब्दी में टापरोबन के गैर-मौजूद द्वीप पर होती है, जैसा कि लेखक ने प्रस्तावना में बताया है, सीलोन (श्रीलंका) द्वीप के 90% से मेल खाती है।

अक्सर, विज्ञान कथा लेखक अपनी सदी के नहीं, बल्कि बहुत बाद के समय के एक आविष्कार की उपस्थिति की भविष्यवाणी करते हैं।

अंतरिक्ष लिफ्ट क्या है?

स्पेस एलेवेटर - अंतरिक्ष में कार्गो के रॉकेट-मुक्त प्रक्षेपण के लिए एक इंजीनियरिंग संरचना की अवधारणा। यह काल्पनिक डिजाइन ग्रह की सतह से केबल तक फैले केबल के उपयोग पर आधारित है कक्षीय स्टेशनजीएसओ पर स्थित है। पहली बार, ऐसा विचार 1895 में कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की द्वारा व्यक्त किया गया था, इस विचार को यूरी आर्ट्सुटानोव के कार्यों में विस्तृत किया गया था।

इस कार्य का उद्देश्य स्पेस एलेवेटर के निर्माण की संभावना का अध्ययन करना है।

अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार के.ई. Tsiolkovsky, यू.एन. आर्टसुतानोव और जी.जी. पोलाकोवा

Konstantin Tsiolkovsky - रूसी और सोवियत स्व-सिखाया वैज्ञानिक और आविष्कारक, स्कूल शिक्षक। सैद्धांतिक अंतरिक्ष यात्रियों के संस्थापक। उन्होंने अंतरिक्ष में उड़ानों के लिए रॉकेट के उपयोग की पुष्टि की, इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि "रॉकेट ट्रेनों" का उपयोग करना आवश्यक था - मल्टी-स्टेज रॉकेट के प्रोटोटाइप। उनका मुख्य वैज्ञानिक कार्य एरोनॉटिक्स, रॉकेट डायनेमिक्स और एस्ट्रोनॉटिक्स से संबंधित है।

रूसी ब्रह्मांडवाद के प्रतिनिधि, दुनिया के प्रेमियों के रूसी समाज के सदस्य। विज्ञान कथाओं के लेखक, अंतरिक्ष अन्वेषण के विचारों के समर्थक और प्रचारक। Tsiolkovsky ने कक्षीय स्टेशनों का उपयोग करके बाहरी स्थान को आबाद करने का प्रस्ताव दिया। उनका मानना ​​​​था कि ब्रह्मांड के किसी एक ग्रह पर जीवन का विकास इतनी शक्ति और पूर्णता तक पहुंच जाएगा कि यह गुरुत्वाकर्षण की शक्तियों पर काबू पाने और पूरे ब्रह्मांड में जीवन का प्रसार करना संभव बना देगा।

1895 में, रूसी वैज्ञानिक कॉन्स्टेंटिन एडुआर्डोविच त्सोल्कोवस्की अंतरिक्ष लिफ्ट की अवधारणा और अवधारणा तैयार करने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने जमीनी स्तर से भूस्थैतिक कक्षा तक फैली एक मुक्त-खड़ी संरचना का वर्णन किया। भूमध्य रेखा से 36 हजार किलोमीटर ऊपर उठकर पृथ्वी के घूमने की दिशा का अनुसरण करते हुए, अंत बिंदु पर ठीक एक दिन की परिक्रमा अवधि के साथ, यह संरचना एक निश्चित स्थिति में रहेगी।

यू
Riy Nikolaevich Artutanov लेनिनग्राद में पैदा हुआ एक रूसी इंजीनियर है। लेनिनग्राद के स्नातक

प्रौद्योगिकी संस्थान, अंतरिक्ष लिफ्ट विचार के अग्रदूतों में से एक के रूप में जाना जाता है। 1960 में, उन्होंने "टू स्पेस बाय इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव" लेख लिखा, जहां उन्होंने अंतरिक्ष अन्वेषण की सुविधा के लिए कक्षा तक पहुंचने के लिए लागत प्रभावी, सुरक्षित और सुविधाजनक तरीके के रूप में अंतरिक्ष लिफ्ट की अवधारणा पर चर्चा की।

यूरी निकोलायेविच ने कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की के विचार को विकसित किया। आर्टसुटानोव की अवधारणा जियोसिंक्रोनस उपग्रहों को एक केबल के साथ पृथ्वी से जोड़ने पर आधारित थी। उन्होंने उपग्रह को एक आधार के रूप में उपयोग करने का प्रस्ताव दिया जिससे एक टॉवर का निर्माण किया जा सके, क्योंकि जियोसिंक्रोनस उपग्रह भूमध्य रेखा पर एक निश्चित बिंदु से ऊपर रहेगा। काउंटरवेट की मदद से, केबल को जियोसिंक्रोनस ऑर्बिट से पृथ्वी की सतह पर उतारा जाएगा, जबकि काउंटरवेट पृथ्वी से दूर चला जाएगा, जिससे केबल का द्रव्यमान केंद्र पृथ्वी के सापेक्ष स्थिर रहेगा।

ए rtsutanov ने पृथ्वी के भूमध्य रेखा पर इस तरह की "रस्सी" के एक छोर को ठीक करने का प्रस्ताव दिया, और दूसरे छोर से बहुत दूर स्थित ग्रहों का वातावरण, - एक संतुलन वजन लटकाओ। "रस्सी" की पर्याप्त लंबाई के साथ, केन्द्रापसारक बल गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक होगा और भार को पृथ्वी पर गिरने नहीं देगा। आर्टसुतानोव द्वारा प्रस्तुत गणना से, यह निम्नानुसार है कि आकर्षण बल और केन्द्रापसारक बल लगभग 42,000 किलोमीटर की ऊँचाई पर बराबर हैं। शून्य के बराबर, इन बलों का परिणाम मज़बूती से "पत्थर" को आंचल में ठीक करता है।

अब हर्मेटिक रूप से सील किए गए इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव लंबवत ऊपर की ओर - कक्षा की ओर चलेंगे। गति में एक सहज वृद्धि और सुचारू ब्रेकिंग से रॉकेट लिफ्टऑफ़ के लिए विशिष्ट ओवरलोड से बचने में मदद मिलेगी। 10 - 20 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से कई घंटों की यात्रा के बाद, पहला पड़ाव अनुसरण करेगा - बलों के विषुव पर, जहाँ स्थानांतरण स्टेशन, भारहीनता में फैला हुआ है, बार, रेस्तरां, विश्राम कक्ष के दरवाजे खोलेगा मेहमान - और खिड़कियों से पृथ्वी का अद्भुत दृश्य।

रुकने के बाद, केबिन न केवल ऊर्जा खर्च किए बिना स्थानांतरित करने में सक्षम होगा, क्योंकि यह केन्द्रापसारक बल द्वारा पृथ्वी से दूर फेंक दिया जाएगा, लेकिन, इसके अलावा, इंजन उत्पन्न करने के लिए, डायनेमो मोड पर स्विच किया गया, बिजली वापस करने के लिए आवश्यक .

दूसरा - और अंतिम पड़ाव पृथ्वी से 60,000 किलोमीटर की दूरी पर बनाने का प्रस्ताव था, जहाँ परिणामी बल पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होगा, और "टर्मिनल स्टेशन" पर कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण बनाने की अनुमति देगा। "। यहां, सबसे लंबी केबल कार के किनारे पर, एक वास्तविक कक्षीय स्पेसपोर्ट स्थित होगा। जैसा कि अपेक्षित था, वह सौर मंडल में अंतरिक्ष यान लॉन्च करेगा, उन्हें एक ठोस गति प्रदान करेगा और एक प्रक्षेपवक्र प्रदान करेगा।

एक आदिम रस्सी तक सीमित नहीं होने के कारण, यूरी आर्टसुटानोव ने उस पर सौर ऊर्जा संयंत्रों को लटका दिया जो सौर ऊर्जा को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करते हैं, और एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले सोलनॉइड्स। एक "इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव" को इस क्षेत्र में चलना चाहिए।

यदि हम 60,000 किलोमीटर की लंबाई को देखते हुए ऐसे चुंबकीय मार्ग के वजन का अनुमान लगाते हैं, तो यह पता चलता है - करोड़ों टन? बहुत अधिक। इस वजन को कक्षा में ले जाने में एक हजार से अधिक रॉकेट लगेंगे! उस समय यह असंभव लग रहा था।

हालांकि, इस बार वैज्ञानिक ने फिर से सही विचार फेंका: लिफ्ट को नीचे से ऊपर की ओर नहीं बनाना है, जैसे कि एक विशाल साइक्लोपियन टॉवर - यह एक कृत्रिम उपग्रह को भूस्थैतिक कक्षा में लॉन्च करने के लिए पर्याप्त है, जिसमें से पहला धागा होगा कम। क्रॉस सेक्शन में यह धागा इंसान के बाल से भी पतला होगा, ताकि इसका वजन एक हजार टन से ज्यादा न हो। धागे के मुक्त सिरे को पृथ्वी की सतह पर तय करने के बाद, एक "मकड़ी" धागे के साथ ऊपर से नीचे तक चलेगी - एक हल्का उपकरण जो एक दूसरे, समानांतर धागे को बुनता है। यह तब तक काम करेगा जब तक कि रस्सी "इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव", विद्युत चुम्बकीय कैनवास, सौर ऊर्जा संयंत्र, विश्राम कक्ष और रेस्तरां का समर्थन करने के लिए पर्याप्त मोटी न हो जाए।

यह काफी समझ में आता है कि अंतरिक्ष दौड़ के युग में यूरी वालेरीविच आर्टसुतानोव का विचार किसी का ध्यान क्यों नहीं गया। तब ऐसा झेलने में सक्षम कोई सामग्री नहीं थी उच्च दबावरस्सी को तोड़ें।

आर्टसुतानोव के विचारों के विकास में, अस्त्रखान से जॉर्जी पॉलाकोव शैक्षणिक संस्थान.

मौलिक रूप से, यह एलिवेटर उपरोक्त से लगभग अलग नहीं है। पॉलाकोव केवल यह बताते हैं कि एक वास्तविक अंतरिक्ष लिफ्ट, आर्टसुतानोव द्वारा वर्णित की तुलना में बहुत अधिक जटिल होगी। वास्तव में, इसमें लगातार घटती लंबाई के साथ साधारण लिफ्ट की एक श्रृंखला शामिल होगी। प्रत्येक एक स्व-संतुलित प्रणाली है, लेकिन उनमें से केवल एक के लिए धन्यवाद, जो पृथ्वी तक पहुंचता है, पूरी संरचना की स्थिरता सुनिश्चित की जाती है।

लिफ्ट की लंबाई (पृथ्वी के लगभग 4 व्यास) को इस तरह से चुना गया था कि उपकरण, इसके शीर्ष से अलग होकर, जड़ता से बाहरी अंतरिक्ष में जाने में सक्षम होगा। इंटरप्लेनेटरी अंतरिक्ष यान के लिए शुरुआती बिंदु शीर्ष बिंदु पर लगाया जाएगा। और उड़ान से लौटने वाले जहाज, पहले एक स्थिर कक्षा में प्रवेश कर चुके थे, आधार क्षेत्र में "उठो"।

डिज़ाइन के दृष्टिकोण से, एक स्पेस एलेवेटर में दो समानांतर पाइप या शाफ्ट होते हैं। आयताकार खंड, जिसकी दीवार की मोटाई एक निश्चित कानून के अनुसार बदलती है। उनमें से एक पर, केबिन ऊपर की ओर बढ़ते हैं, और दूसरे पर - नीचे। बेशक, कुछ भी आपको ऐसे कई जोड़े बनाने से नहीं रोकता है। पाइप ठोस नहीं हो सकता है, लेकिन इसमें समानांतर केबलों की बहुलता हो सकती है, जिसकी स्थिति अनुप्रस्थ आयताकार फ़्रेमों की एक श्रृंखला द्वारा तय की जाती है। यह लिफ्ट की स्थापना और मरम्मत की सुविधा प्रदान करता है।

लिफ्ट केबिन केवल व्यक्तिगत इलेक्ट्रिक मोटर्स द्वारा संचालित प्लेटफॉर्म हैं। कार्गो या आवासीय मॉड्यूल उनसे जुड़े होते हैं - आखिरकार, एक लिफ्ट में एक यात्रा एक सप्ताह या उससे भी अधिक समय तक चल सकती है।

ऊर्जा बचाने के लिए, आप एक केबल कार जैसा सिस्टम बना सकते हैं। इसमें पुलियों की एक श्रृंखला होती है, जिसके माध्यम से बंद केबलों को उन पर निलंबित केबिनों के साथ फेंका जाता है। चरखी के एक्सल, जहां इलेक्ट्रिक मोटर्स लगे होते हैं, लिफ्ट वाहक पर तय होते हैं। यहाँ आरोही और अवरोही केबिनों का भार परस्पर संतुलित है, और फलस्वरूप, ऊर्जा केवल घर्षण पर काबू पाने में खर्च होती है।

कनेक्टिंग "थ्रेड्स" के लिए, जिससे लिफ्ट वास्तव में बनती है, ऐसी सामग्री का उपयोग करना आवश्यक है जिसका ब्रेकिंग स्ट्रेस से घनत्व का अनुपात स्टील की तुलना में 50 गुना अधिक है। ये विभिन्न "समग्र", फोम स्टील्स, बेरिलियम मिश्र धातु या क्रिस्टलीय मूंछ हो सकते हैं ...

हालांकि, जॉर्ज पॉलाकोव अंतरिक्ष लिफ्ट की विशेषताओं को स्पष्ट करने से नहीं रुकते हैं। वह इस तथ्य की ओर इशारा करता है कि 20वीं शताब्दी के अंत तक, भू-समकालिक कक्षा विभिन्न प्रकार और उद्देश्यों के अंतरिक्ष यान के साथ सघन "बिंदीदार" होगी। और चूंकि वे सभी हमारे ग्रह के सापेक्ष व्यावहारिक रूप से गतिहीन होंगे, इसलिए अंतरिक्ष लिफ्ट और एक परिपत्र परिवहन राजमार्ग का उपयोग करके उन्हें पृथ्वी और एक दूसरे के साथ जोड़ना बहुत ही आकर्षक लगता है।

इस विचार के आधार पर, पॉलाकोव पृथ्वी के लौकिक "हार" के विचार को सामने रखता है। हार कक्षीय स्टेशनों के बीच एक प्रकार की केबल (या रेल) ​​सड़क के रूप में काम करेगा, और उन्हें भू-समकालिक कक्षा में एक स्थिर संतुलन भी प्रदान करेगा।

चूंकि "हार" की लंबाई बहुत बड़ी (260,000 किलोमीटर) है, इस पर बहुत सारे स्टेशन रखे जा सकते हैं। मान लें कि बस्तियाँ 100 किलोमीटर दूर हैं, तो उनकी संख्या 2,600 होगी।प्रत्येक स्टेशन पर 10,000 की आबादी के साथ, 26 मिलियन लोग रिंग पर रहेंगे। यदि ऐसे "खगोलीय नगरों" का आकार और संख्या बढ़ा दी जाए तो यह आंकड़ा तेजी से बढ़ेगा।

अंतरिक्ष लिफ्ट डिजाइन

आधार

के बारे में स्पेस एलेवेटर का आधार ग्रह की सतह पर एक जगह है जहां एक केबल जुड़ी होती है और भार उठाना शुरू होता है। यह मोबाइल हो सकता है, जिसे समुद्र में जाने वाले जहाज पर रखा जा सकता है। जंगम आधार का लाभ तूफान और तूफान से बचने के लिए युद्धाभ्यास करने की क्षमता है। एक स्थिर आधार के फायदे सस्ते और ऊर्जा के अधिक सुलभ स्रोत हैं, और केबल की लंबाई कम करने की क्षमता है। टीथर के कई किलोमीटर का अंतर अपेक्षाकृत छोटा है, लेकिन मध्य भाग की आवश्यक मोटाई और भूस्थैतिक कक्षा से परे जाने वाले हिस्से की लंबाई को कम करने में मदद कर सकता है। आधार के अलावा, केबल के निचले हिस्से के वजन को कम करने के लिए स्ट्रैटोस्टैट्स पर एक प्लेटफॉर्म रखा जा सकता है, जिसमें सबसे अशांत हवा के प्रवाह से बचने के लिए ऊंचाई को बदलने की संभावना के साथ-साथ पूरी लंबाई के साथ अत्यधिक कंपन को भीगना शामिल है। केबल।

केबल

रस्सी ऐसी सामग्री से बनी होनी चाहिए जिसमें विशिष्ट गुरुत्व के लिए तन्य शक्ति का अत्यधिक उच्च अनुपात हो। एक स्पेस एलेवेटर आर्थिक रूप से व्यवहार्य होगा यदि इसे ग्रेफाइट के तुलनीय घनत्व और लगभग 65-120 गीगापास्कल की ताकत वाले केबल के साथ उचित मूल्य पर व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जा सकता है। तुलना के लिए, अधिकांश प्रकार के स्टील की ताकत लगभग 1 जीपीए है, और यहां तक ​​कि इसके सबसे मजबूत प्रकारों के लिए - 5 जीपीए से अधिक नहीं है, और स्टील भारी है। बहुत हल्का केवलर की 2.6-4.1 GPa की सीमा में ताकत होती है, जबकि क्वार्ट्ज फाइबर की ताकत 20 GPa और उससे अधिक होती है। कार्बन नैनोट्यूब, सिद्धांत के अनुसार, एक स्पेस एलेवेटर के लिए आवश्यक से बहुत अधिक एक्स्टेंसिबिलिटी होनी चाहिए। हालाँकि, उन्हें औद्योगिक मात्रा में उत्पादन करने और उन्हें एक केबल में बांधने की तकनीक अभी विकसित होने लगी है। सैद्धांतिक रूप से, उनकी ताकत 120 GPa से अधिक होनी चाहिए, लेकिन व्यवहार में, एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की उच्चतम प्रसार क्षमता 52 GPa थी, और औसतन वे 30-50 GPa की सीमा में टूट गए। नैनोट्यूब से बुना गया सबसे मजबूत फिलामेंट उसके घटकों से कम मजबूत होगा।

दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (यूएसए) के वैज्ञानिकों के एक प्रयोग में, एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब ने स्टील की तुलना में 117 गुना अधिक और केवलर की तुलना में 30 गुना अधिक विशिष्ट शक्ति का प्रदर्शन किया। 98.9 जीपीए के संकेतक तक पहुंचना संभव था, नैनोट्यूब की लंबाई का अधिकतम मूल्य 195 माइक्रोन था। कुछ वैज्ञानिकों के अनुसार, यहां तक ​​कि कार्बन नैनोट्यूब भी इतने मजबूत नहीं होंगे कि अंतरिक्ष लिफ्ट का तार बना सकें।

प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय सिडनी के वैज्ञानिकों के प्रयोगों ने ग्राफीन पेपर बनाना संभव बना दिया। नमूना परीक्षण उत्साहजनक हैं: सामग्री का घनत्व स्टील की तुलना में पांच से छह गुना कम है, जबकि तन्य शक्ति कार्बन स्टील की तुलना में दस गुना अधिक है। साथ ही, ग्रैफेन विद्युत प्रवाह का एक अच्छा कंडक्टर है, जो इसे संपर्क बस के रूप में लिफ्ट में बिजली स्थानांतरित करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।

जून 2013 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में कोलंबिया विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने एक नई सफलता की घोषणा की: धन्यवाद नई टेक्नोलॉजीग्राफीन प्राप्त करने के लिए, कई दसियों सेंटीमीटर के विकर्ण आकार और सैद्धांतिक एक से केवल 10% कम ताकत वाली चादरें प्राप्त करना संभव है।

रस्सी का मोटा होना

एक अंतरिक्ष लिफ्ट को कम से कम अपने वजन का समर्थन करना चाहिए, जो कि तार की लंबाई के कारण काफी महत्वपूर्ण है। एक तरफ मोटा होना केबल की ताकत बढ़ाता है, दूसरी तरफ, यह अपना वजन जोड़ता है, और इसके परिणामस्वरूप आवश्यक ताकत। इसके आधार पर भार अलग-अलग होगा अलग - अलग जगहें: कुछ मामलों में, टीथर अनुभाग को निचले खंडों के वजन का समर्थन करना चाहिए, अन्य में इसे केन्द्रापसारक बल का सामना करना पड़ता है जो टीथर के ऊपरी हिस्से को कक्षा में रखता है। इस स्थिति को पूरा करने के लिए और इसके प्रत्येक बिंदु पर केबल की इष्टतमता प्राप्त करने के लिए, इसकी मोटाई परिवर्तनशील होगी।

यह दिखाया जा सकता है कि, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण और केन्द्रापसारक बल को ध्यान में रखते हुए, लेकिन, चंद्रमा और सूर्य के छोटे प्रभाव को ध्यान में नहीं रखते हुए, ऊंचाई के आधार पर केबल के क्रॉस सेक्शन का वर्णन किया जाएगा निम्नलिखित सूत्र:

पृथ्वी के केंद्र से दूरी आर के एक समारोह के रूप में केबल का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र कहां है।

सूत्र में निम्नलिखित स्थिरांक का उपयोग किया जाता है:

- पृथ्वी की सतह के स्तर पर केबल क्रॉस-आंशिक क्षेत्र।

- केबल सामग्री का घनत्व।

- केबल सामग्री की परम शक्ति।

- गोलाकार आवृत्तिअपनी धुरी के चारों ओर पृथ्वी का घूर्णन, 7.292 10−5 रेडियन प्रति सेकंड।

- पृथ्वी के केंद्र और तार के आधार के बीच की दूरी। यह लगभग पृथ्वी की त्रिज्या 6,378 किमी के बराबर है।

- त्वरण निर्बाध गिरावटरस्सी के आधार पर, 9.780 मी/से²।

यह समीकरण एक केबल का वर्णन करता है जिसकी मोटाई पहले तेजी से बढ़ती है, फिर इसकी वृद्धि पृथ्वी की कई त्रिज्याओं की ऊंचाई पर धीमी हो जाती है, और फिर यह स्थिर हो जाती है, अंततः भूस्थैतिक कक्षा तक पहुंच जाती है। इसके बाद फिर से मोटाई कम होने लगती है।

इस प्रकार, बेस और जीएसओ (आर = 42 164 किमी) पर केबल अनुभागों के क्षेत्रों का अनुपात है:

पी
यहां स्टील के घनत्व और ताकत को जोड़कर, और 1 सेमी के जमीनी स्तर पर केबल का व्यास, हमें कई सौ किलोमीटर के जीएसओ स्तर पर एक व्यास मिलता है, जिसका अर्थ है कि स्टील और हमारे परिचित अन्य सामग्री निर्माण के लिए अनुपयुक्त हैं लिफ्ट।

यह इस प्रकार है कि जीएसओ स्तर पर अधिक उचित केबल मोटाई प्राप्त करने के चार तरीके हैं:

कम सघन सामग्री का प्रयोग करें। चूँकि अधिकांश ठोस पदार्थों का घनत्व 1000 से 5000 किग्रा/मी³ की अपेक्षाकृत छोटी सीमा में होता है, इसलिए यह संभावना नहीं है कि यहाँ कुछ भी हासिल किया जा सकेगा।

अधिक टिकाऊ सामग्री का प्रयोग करें। अनुसंधान मुख्यतः इसी दिशा में होता है। कार्बन नैनोट्यूब सर्वश्रेष्ठ स्टील से दस गुना अधिक मजबूत हैं, और वे जीएसओ स्तर पर केबल की मोटाई को काफी कम कर देंगे। समान गणना, इस धारणा पर आधारित है कि केबल का घनत्व कार्बन फाइबर ρ = 1.9 g/cm3 (1900 kg/m3) के घनत्व के बराबर है, एक परम शक्ति σ = 90 GPA (90 109 Pa) और a के साथ 1 सेमी (0.01 मीटर) के आधार पर केबल व्यास, आपको केवल 9 सेमी के जीएसओ पर केबल व्यास प्राप्त करने की अनुमति देता है।

केबल बेस उठाएं। समीकरण में एक प्रतिपादक की उपस्थिति के कारण, आधार में थोड़ी सी भी वृद्धि केबल की मोटाई को बहुत कम कर देगी। 100 किमी ऊंचे टावरों की पेशकश की जाती है, जो केबल पर बचत के अलावा, आपको वायुमंडलीय प्रक्रियाओं के प्रभाव से बचने की अनुमति देगा।

केबल के बेस को जितना हो सके पतला करें। लोड होइस्ट को सहारा देने के लिए इसे अभी भी पर्याप्त मोटा होना चाहिए, इसलिए आधार पर न्यूनतम मोटाई सामग्री की ताकत पर भी निर्भर करती है। कार्बन नैनोट्यूब केबल के आधार पर केवल एक मिलीमीटर की मोटाई होना पर्याप्त है।

दूसरा तरीका यह है कि लिफ्ट के आधार को जंगम बनाया जाए। 100 मीटर/सेकेंड की गति से भी चलने से पहले से ही सर्कुलर गति में 20% की वृद्धि होगी और केबल की लंबाई 20-25% कम हो जाएगी, जो इसे 50% या उससे अधिक की सुविधा प्रदान करेगी। यदि, हालांकि, सुपरसोनिक विमान या ट्रेन पर केबल "लंगर" है, तो केबल द्रव्यमान में लाभ पहले से ही प्रतिशत से नहीं, बल्कि दर्जनों बार मापा जाएगा (लेकिन वायु प्रतिरोध के कारण होने वाले नुकसान को ध्यान में नहीं रखा जाता है)। सशर्त उपयोग करने का भी एक विचार है बल की रेखाएँपृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र।

प्रतिभार

काउंटरवेट को दो तरीकों से बनाया जा सकता है - भूस्थैतिक कक्षा से परे एक भारी वस्तु (जैसे क्षुद्रग्रह, अंतरिक्ष निपटान या अंतरिक्ष गोदी) को बांधकर, या भूस्थैतिक कक्षा से काफी दूरी पर खुद को बांधकर। दूसरा विकल्प दिलचस्प है क्योंकि लम्बी केबल के अंत से अन्य ग्रहों पर लोड लॉन्च करना आसान है, क्योंकि इसमें पृथ्वी के सापेक्ष एक महत्वपूर्ण गति है।

कोणीय गति, गति और ढलान

पृथ्वी के केंद्र की दूरी के अनुपात में टीथर के प्रत्येक खंड की क्षैतिज गति ऊंचाई के साथ बढ़ती है, भूस्थैतिक कक्षा में पहले ब्रह्मांडीय वेग तक पहुंचती है। इसलिए, भार उठाते समय, उसे अतिरिक्त कोणीय गति (क्षैतिज गति) प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। कोणीय संवेग पृथ्वी के घूर्णन के कारण प्राप्त होता है। सबसे पहले, होइस्ट केबल (कोरिओलिस प्रभाव) की तुलना में थोड़ा धीमा चलता है, जिससे केबल "धीमा" हो जाता है और इसे थोड़ा पश्चिम की ओर विक्षेपित कर देता है। 200 किमी/घंटा की चढ़ाई गति पर, केबल 1 डिग्री झुक जाएगी। गैर-ऊर्ध्वाधर केबल में तनाव का क्षैतिज घटक भार को किनारे की ओर खींचता है, इसे पूर्व दिशा में तेज करता है - इसके कारण, लिफ्ट अतिरिक्त गति प्राप्त करती है। न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, केबल थोड़ी मात्रा में पृथ्वी को धीमा कर देता है, और बड़ी मात्रा में काउंटरवेट, काउंटरवेट के रोटेशन को धीमा करने के परिणामस्वरूप, केबल जमीन पर हवा करना शुरू कर देगा। उसी समय, केन्द्रापसारक बल के प्रभाव से केबल एक ऊर्जावान रूप से अनुकूल ऊर्ध्वाधर स्थिति में वापस आ जाती है, जिससे यह स्थिर संतुलन की स्थिति में होगा। यदि लिफ्ट का गुरुत्व केंद्र हमेशा जियोस्टेशनरी ऑर्बिट से ऊपर है, तो लिफ्ट की गति की परवाह किए बिना, यह गिरेगा नहीं। जब तक कार्गो जियोस्टेशनरी कक्षा (जीएसओ) तक पहुंचता है, तब तक इसका कोणीय संवेग कार्गो को कक्षा में लॉन्च करने के लिए पर्याप्त होता है। यदि लोड को केबल से जारी नहीं किया जाता है, तो जीएसओ के स्तर पर लंबवत रुककर, यह अस्थिर संतुलन की स्थिति में होगा, और असीम रूप से नीचे की ओर धकेलने के साथ, यह जीएसओ को छोड़ देगा और पृथ्वी पर उतरना शुरू कर देगा लंबवत त्वरण, क्षैतिज दिशा में घटते समय। वंश के दौरान क्षैतिज घटक से गतिज ऊर्जा का नुकसान केबल के माध्यम से पृथ्वी के घूर्णन के कोणीय गति को स्थानांतरित कर दिया जाएगा, जिससे इसके घूर्णन में तेजी आएगी। ऊपर की ओर धकेलने पर, लोड भी GSO को छोड़ देगा, लेकिन विपरीत दिशा में, यानी यह केबल के साथ-साथ पृथ्वी से त्वरण के साथ बढ़ना शुरू हो जाएगा, केबल के अंत में अंतिम गति तक पहुंच जाएगा। चूंकि अंतिम गति रस्सी की लंबाई पर निर्भर करती है, इसलिए इसका मान मनमाने ढंग से निर्धारित किया जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि भार उठाने के दौरान भार की गतिज ऊर्जा में त्वरण और वृद्धि, अर्थात्, एक सर्पिल में इसकी खोलना, पृथ्वी के घूमने के कारण होगी, जो इस मामले में धीमी हो जाएगी। यह प्रक्रिया पूरी तरह से उत्क्रमणीय है, अर्थात यदि आप केबल के अंत पर भार डालते हैं और इसे नीचे करना शुरू करते हैं, इसे एक सर्पिल में संकुचित करते हैं, तो पृथ्वी के घूमने का कोणीय संवेग उसी के अनुसार बढ़ जाएगा। लोड कम करते समय, रिवर्स प्रक्रिया होगी, केबल को पूर्व की ओर झुकाना।

अंतरिक्ष में लॉन्च करें

144,000 किमी ऊंचे टीथर के अंत में, स्पर्शरेखा वेग घटक 10.93 किमी/सेकेंड होगा, जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को छोड़ने और जहाजों को शनि पर लॉन्च करने के लिए पर्याप्त से अधिक है। यदि वस्तु को टेदर के शीर्ष पर स्वतंत्र रूप से स्लाइड करने की अनुमति दी जाती है, तो यह सौर प्रणाली को छोड़ने के लिए पर्याप्त तेज़ होगी। यह लॉन्च की गई वस्तु की गति में केबल (और पृथ्वी) के कुल कोणीय गति के संक्रमण के कारण होगा। और भी अधिक गति प्राप्त करने के लिए, आप केबल को लंबा कर सकते हैं या विद्युत चुंबकत्व के कारण भार को बढ़ा सकते हैं।

आधुनिक परियोजनाओं का विवरण

20वीं सदी के मध्य और अंत में, अधिक विस्तृत प्रस्ताव प्रकट हुए। यह आशा की गई थी कि अंतरिक्ष एलिवेटर चंद्रमा, मंगल और उससे आगे पृथ्वी के निकट अंतरिक्ष तक पहुंच में क्रांतिकारी बदलाव लाएगा। यह भवनसकना एक आदमी को हमेशा के लिए अंतरिक्ष में भेजने की समस्या का समाधान। हमारे ग्रह की परिक्रमा करने के लिए अंतरिक्ष यात्रियों को पहुंचाने में कई अंतरिक्ष एजेंसियों के लिए एक लिफ्ट बहुत मददगार होगी। इसके निर्माण से अंतरिक्ष-प्रदूषणकारी रॉकेटों का अंत हो सकता है।हालांकि, प्रारंभिक निवेश और आवश्यक प्रौद्योगिकी के स्तर ने यह स्पष्ट कर दिया कि ऐसी परियोजना व्यवहार्य नहीं थी और इसे विज्ञान कथाओं के दायरे में स्थान दिया।

क्या फिलहाल ऐसे निर्माण की समस्या का समाधान संभव है? अंतरिक्ष लिफ्ट के समर्थकों का मानना ​​है कि इस समस्या को हल करने के लिए वर्तमान में पर्याप्त अवसर हैं। तकनीकी कार्य. उनका मानना ​​है कि अंतरिक्ष रॉकेट पुराने हो चुके हैं और प्रकृति को अपूरणीय क्षति पहुंचाते हैं और इसके लिए बहुत महंगे हैं आधुनिक समाज.

इस तरह की प्रणाली का निर्माण कैसे किया जाए, इसमें बाधा निहित है। फोंग कहते हैं, "शुरुआत के लिए, इसे ऐसी सामग्री से बनाया जाना चाहिए जो अभी तक अस्तित्व में नहीं है, लेकिन परिवहन का समर्थन करने और अविश्वसनीय बाहरी ताकतों का सामना करने के लिए सही द्रव्यमान और घनत्व विशेषताओं के साथ मजबूत और लचीला है।" "मुझे लगता है कि यह सब हमारी प्रजातियों के इतिहास में सबसे महत्वाकांक्षी कक्षीय मिशनों और निम्न और उच्च पृथ्वी की कक्षा में अंतरिक्ष की सैर की आवश्यकता होगी।"

उन्होंने कहा कि सुरक्षा संबंधी चिंताएं भी हैं। "यहां तक ​​​​कि अगर हम ऐसी चीज बनाने में शामिल महत्वपूर्ण तकनीकी कठिनाइयों को हल कर सकते हैं,एक विशाल पनीर की एक भयानक तस्वीर उभरती है जिसमें इस सारे अंतरिक्ष मलबे और शीर्ष पर मलबे के छेद होते हैं।

दुनिया भर के वैज्ञानिक अंतरिक्ष लिफ्ट का विचार विकसित कर रहे हैं। जापानियों ने 2012 की शुरुआत में घोषणा की कि वे एक अंतरिक्ष लिफ्ट बनाने की योजना बना रहे हैं। अमेरिकियों ने 2012 के अंत में इसकी सूचना दी। 2013 में, मीडिया ने "स्पेस एलेवेटर" की रूसी जड़ों को याद किया। तो, ये विचार कब हकीकत बनेंगे?

जापानी ओबैयाशी कॉर्पोरेशन कॉन्सेप्ट

निगम निम्नलिखित निर्माण विधि का प्रस्ताव करता है: एक बहुत ही उच्च शक्ति केबल का एक सिरा समुद्र में एक विशाल मंच द्वारा आयोजित किया जाता है, और दूसरा कक्षीय स्टेशन पर तय होता है। एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया केबिन रस्सी के साथ चलता है, जो कार्गो, अंतरिक्ष यात्री या कहें, अंतरिक्ष पर्यटकों को वितरित कर सकता है।

ओबैयाशी कार्बन नैनोट्यूब को केबल के लिए सामग्री के रूप में मानते हैं, जो स्टील से दस गुना अधिक मजबूत हैं। लेकिन समस्या यह है कि वर्तमान में ऐसे नैनोट्यूब की लंबाई लगभग 3 सेंटीमीटर तक सीमित है, जबकि एक स्पेस एलिवेटर के लिए कुल 96,000 किमी की लंबाई वाली केबल की आवश्यकता होगी। यह उम्मीद की जाती है कि लगभग 2030 के दशक में मौजूदा कठिनाइयों को दूर करना संभव होगा, जिसके बाद अंतरिक्ष लिफ्ट अवधारणा का व्यावहारिक कार्यान्वयन शुरू हो जाएगा।

ओबायशी पहले से ही 30 यात्रियों तक ले जाने के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष पर्यटक केबिन बनाने की संभावना पर विचार कर रहे हैं। वैसे, कार्बन नैनोट्यूब केबल के साथ परिक्रमा करने के मार्ग में सात दिन लगेंगे, इसलिए आपको आवश्यक जीवन समर्थन प्रणाली, भोजन और पानी की आपूर्ति प्रदान करनी होगी।

ओबैयाशी को 2050 तक ही अंतरिक्ष लिफ्ट लॉन्च करने की उम्मीद है।

लिफ्टपोर्ट ग्रुप द्वारा अंतरिक्ष लिफ्ट

न केवल पृथ्वी एक ऐसी वस्तु बन जाएगी जहां इस तरह का लिफ्ट बनाया जाएगा। लिफ़्टपोर्ट ग्रुप के विशेषज्ञों के एक समूह के अनुसार, चंद्रमा एक ऐसी वस्तु हो सकती है।

चंद्र अंतरिक्ष लिफ्ट का आधार उच्च शक्ति सामग्री से बना एक फ्लैट रिबन केबल है। इस केबल के जरिए ट्रांसपोर्ट गोंडोल चांद की सतह तक जाएंगे और लोगों को वापस लाएंगे, विभिन्न सामग्री, तंत्र और रोबोट।

केबल का "अंतरिक्ष" छोर पिको ग्रेविटी लेबोरेटरी (PGL) स्पेस स्टेशन द्वारा आयोजित किया जाएगा, जो चंद्रमा-पृथ्वी प्रणाली के L1 लैग्रेंज बिंदु पर स्थित है, उस बिंदु पर जहां चंद्रमा और पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण परस्पर एक दूसरे को संतुलित करता है। चंद्रमा पर, केबल का अंत एंकर स्टेशन एंकर स्टेशन से जुड़ा होगा, साइनस मेडी क्षेत्र में स्थित है (चंद्रमा के "चेहरे" के लगभग मध्य में, पृथ्वी को देख रहा है) और जो का हिस्सा है चंद्र अंतरिक्ष लिफ्ट इंफ्रास्ट्रक्चर।

स्पेस एलेवेटर केबल का तनाव एक काउंटरवेट द्वारा किया जाएगा, जो कि 250 हजार किलोमीटर लंबी एक पतली केबल द्वारा आयोजित किया जाएगा, और जो पहले से ही पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण की दया पर होगा। पिको ग्रेविटी लेबोरेटरी स्पेस स्टेशन में मौजूदा अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के समान एक मॉड्यूलर संरचना होगी, जो इसे आसानी से विस्तारित करने और डॉकिंग नोड्स जोड़ने की अनुमति देगी, जिससे विभिन्न प्रकार के अंतरिक्ष यान स्टेशन के साथ डॉक कर सकेंगे।

इस परियोजना का मुख्य लक्ष्य किसी भी तरह से स्पेस एलेवेटर का निर्माण नहीं है। यह एलिवेटर केवल चंद्रमा पर स्वचालित वाहनों को पहुंचाने का एक साधन होगा, जो दुर्लभ पृथ्वी धातुओं और हीलियम -3 सहित विभिन्न खनिजों को स्वायत्त रूप से खनन करेगा, जो भविष्य के संलयन रिएक्टरों के लिए एक आशाजनक ईंधन है और संभवतः भविष्य के अंतरिक्ष यान के लिए ईंधन है। ...

“दुर्भाग्य से, लोगों में कई प्रमुख तकनीकों की कमी के कारण यह परियोजना अभी भी व्यावहारिक रूप से असंभव है। लेकिन इनमें से अधिकांश तकनीकों पर शोध कुछ समय से चल रहा है, और निश्चित रूप से एक समय आएगा जब अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण विज्ञान कथा की श्रेणी से व्यावहारिक चीजों के दायरे में चला जाएगा।

लिफ़्टपोर्ट समूह के विशेषज्ञ 2019 के अंत तक संरचना का एक कार्यशील विस्तृत डिज़ाइन बनाने का वादा करते हैं।

"वैश्विक वाहन"

आइए जनरल प्लैनेटरी व्हीकल (GPV) नामक एक परियोजना पर विचार करें। इसे गोमेल के इंजीनियर अनातोली युनित्सकी द्वारा आगे रखा गया और इसकी पुष्टि की गई।

1982 में, "युवाओं की तकनीक" पत्रिका में एक लेख प्रकाशित हुआ था जिसमें लेखक का दावा है कि मानवता को जल्द ही "पृथ्वी - अंतरिक्ष - पृथ्वी" मार्ग पर परिवहन प्रदान करने में सक्षम एक मौलिक रूप से नए वाहन की आवश्यकता होगी।

ए. यूनिट्स्की के अनुसार, GPV लगभग 10 मीटर के अनुप्रस्थ व्यास वाला एक बंद पहिया है, जो भूमध्य रेखा के साथ स्थापित एक विशेष ओवरपास पर टिका है। राहत के आधार पर ओवरपास की ऊंचाई कई दसियों से लेकर कई सौ मीटर तक होती है। ओवरपास को समुद्र में तैरने वाले समर्थन पर रखा गया है।

GPV मामले की धुरी के साथ स्थित एक सीलबंद चैनल में, एक अंतहीन टेप होता है जिसमें एक चुंबकीय निलंबन होता है और एक प्रकार का इंजन रोटर होता है। इसमें एक करंट प्रेरित होता है, जो इसे उत्पन्न करने वाले के साथ इंटरैक्ट करेगा। चुंबकीय क्षेत्र, और टेप, जो किसी भी प्रतिरोध का अनुभव नहीं करता है (यह एक निर्वात में रखा गया है), गति करना शुरू कर देगा। अधिक सटीक रूप से, पृथ्वी के चारों ओर घूमने में। पहले अंतरिक्ष वेग तक पहुँचने पर, टेप भारहीन हो जाएगा। आगे त्वरण के साथ, चुंबकीय निलंबन के माध्यम से इसकी केन्द्रापसारक शक्ति जीपीवी शरीर पर एक बढ़ती हुई ऊर्ध्वाधर भारोत्तोलन बल को तब तक लागू करेगी जब तक कि यह अपने प्रत्येक चलने वाले मीटर (वाहन, जैसा कि यह था, भारहीन हो जाता है - एंटीग्रैविटी जहाज क्यों नहीं?) को संतुलित करता है? .

कार्गो और यात्रियों को एक फ्लाईओवर पर रखे गए वाहन में रखा जाता है, जिसकी ऊपरी बेल्ट पहले 16 किमी / सेकंड की गति से घूमती है, जिसका द्रव्यमान 9 टन प्रति मीटर होता है, और ठीक वैसा ही, लेकिन गतिहीन, निचला बेल्ट। यह मुख्य रूप से GPV केस के अंदर और आंशिक रूप से बाहर किया जाता है, लेकिन इस तरह से किया जाता है कि पूरे लोड को समान रूप से वितरित किया जाता है। फ्लाईओवर पर जीपीवी को पकड़ने वाले ग्रिप से मुक्त होने के बाद, इसका व्यास धीरे-धीरे उठाने वाले बल की कार्रवाई के तहत बढ़ेगा, और इसका प्रत्येक चलने वाला मीटर पृथ्वी से ऊपर उठ जाएगा। चूंकि सर्कल का आकार न्यूनतम ऊर्जा से मेल खाता है, वाहन, जिसने पहले फ्लाईओवर के प्रोफाइल की नकल की थी, उठाने के बाद एक आदर्श रिंग का रूप ले लेगा।

पथ के किसी भी हिस्से पर जीपीवी की उठाने की गति एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर सेट की जा सकती है: एक पैदल यात्री की गति से एक विमान की गति तक। वाहन का वायुमंडलीय खंड न्यूनतम गति से गुजरता है।

अनातोली युनित्सकी के अनुसार, जीपीवी का कुल वजन 1.6 मिलियन टन होगा, वहन क्षमता - 200 मिलियन टन, यात्री क्षमता - 200 मिलियन लोग। पचास साल के सेवा जीवन में ओटीएस स्पेसवॉक की अनुमानित संख्या 10,000 उड़ानें हैं।

निष्कर्ष

अंतरिक्ष एलेवेटर के लिए कई परियोजनाएं हैं, और उनमें से सभी आर्टसुपानोव द्वारा प्रस्तावित प्रस्ताव से बहुत कम भिन्न हैं, लेकिन अब वैज्ञानिक इस तथ्य से आगे बढ़ते हैं कि नैनोट्यूब से सामग्री उपलब्ध हो जाएगी।

स्पेस एलेवेटर अंतरिक्ष उद्योग को बदल देगा: लोगों और कार्गो को पारंपरिक लॉन्च वाहनों की तुलना में काफी कम लागत पर कक्षा में पहुंचाया जाएगा।

आइए आशा करते हैं कि 21वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, अंतरिक्ष एलिवेटर पृथ्वी के बाहर कार्य करना शुरू कर देंगे: चंद्रमा, मंगल और सौर मंडल के अन्य कोनों पर। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, निर्माण की लागत धीरे-धीरे कम हो जाएगी।

इस तथ्य के बावजूद कि यह समय दूर और अप्राप्य लगता है, यह हम पर निर्भर करता है कि भविष्य कैसा होगा और यह कितनी जल्दी आएगा।