Lifti ya anga ni nini? Lifti ya nafasi: mawazo ya kisasa na hali ya maendeleo yao. Dhana ya Shirika la Obayashi la Japani
Licha ya shida na vita vya vikwazo, kuna shauku kubwa katika wanaanga katika nchi zilizostaarabu, zilizoendelea kiuchumi. Hii inawezeshwa na maendeleo katika maendeleo ya sayansi ya roketi na katika utafiti wa anga za karibu na Dunia, sayari za mfumo wa jua na pembezoni mwake kwa kutumia vyombo vya anga. Majimbo zaidi na zaidi yanajiunga na mbio za anga za juu. China na India zinatangaza kwa sauti kubwa matamanio yao ya kuchunguza Ulimwengu. Ukiritimba wa miundo ya serikali ya Urusi, USA na Ulaya juu ya ndege zaidi ya angahewa ya Dunia inakuwa jambo la zamani. Biashara zinaonyesha nia inayoongezeka ya kusafirisha watu na mizigo kwenye obiti ya anga. Makampuni yameonekana ambayo yanaongozwa na wapenzi ambao wanapenda nafasi. Wanatengeneza magari mapya ya uzinduzi na teknolojia mpya ambayo itafanya iwezekane kupiga hatua katika uchunguzi wa Ulimwengu. Mawazo ambayo yalionekana kuwa hayatekelezeki jana tu yanazingatiwa kwa uzito. Na kile kilichochukuliwa kuwa matunda ya fikira kali za waandishi wa hadithi za kisayansi sasa ni moja ya miradi inayowezekana kutekelezwa katika siku za usoni.
Mradi mmoja kama huo unaweza kuwa lifti ya nafasi.
Je, hii ni uhalisia kiasi gani? Mwandishi wa habari wa BBC Nick Fleming alijaribu kujibu swali hili katika makala yake “Lifti katika Obiti: Hadithi ya Kubuniwa ya Sayansi au Suala la Wakati?”, ambayo inaletwa kwa tahadhari ya wale wanaopenda angani.
Lifti kwa obiti: hadithi ya kisayansi au suala la wakati?
Shukrani kwa lifti za angani zenye uwezo wa kutoa watu na mizigo kutoka kwa uso wa Dunia hadi kwenye obiti, ubinadamu unaweza kuachana na matumizi ya roketi zenye madhara kwa mazingira. Lakini kuunda kifaa kama hicho sio rahisi, kama mwandishi wa BBC Future alivyogundua.
Linapokuja suala la utabiri kuhusu maendeleo ya teknolojia mpya, wengi huzingatia mamlaka ya milionea Elon Musk, mmoja wa viongozi katika sekta ya utafiti isiyo ya kiserikali, ambaye alikuja na wazo la Hyperloop - high-- mradi wa huduma ya abiria wa bomba la kasi kati ya Los Angeles na San Francisco (muda wa kusafiri unachukua dakika 35 tu). Lakini kuna miradi ambayo hata Musk anaona kuwa haiwezekani. Kwa mfano, mradi wa lifti ya nafasi.
"Hii ni kazi ngumu sana kitaalamu Haiwezekani kwamba lifti ya anga inaweza kuundwa kwa uhalisia," Musk alisema katika mkutano katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts msimu uliopita. Kwa maoni yake, ni rahisi kujenga daraja kati ya Los Angeles na Tokyo kuliko kujenga lifti katika obiti.
Wazo la kutuma watu na mizigo angani ndani ya kapsuli zinazoteleza kwenda juu pamoja na kebo kubwa iliyoshikiliwa na mzunguko wa Dunia si geni. Maelezo sawa yanaweza kupatikana katika kazi za waandishi wa hadithi za kisayansi kama vile Arthur C. Clarke. Walakini, dhana hii bado haijazingatiwa kuwa inawezekana katika mazoezi. Labda imani kwamba tunaweza kutatua tatizo hili tata sana la kiufundi, kwa kweli, ni kujidanganya tu?
Wanaopenda lifti za nafasi wanaamini kuwa inawezekana kabisa kujenga moja. Kwa maoni yao, roketi zinazoendeshwa na mafuta yenye sumu ni za kizamani, hatari kwa wanadamu na asili, na usafiri wa angani ghali kupita kiasi. Njia mbadala iliyopendekezwa kimsingi ni njia ya reli iliyowekwa kwenye obiti - kebo yenye nguvu zaidi, ambayo mwisho wake umewekwa kwenye uso wa Dunia, na nyingine kwa uzani ulio kwenye obiti ya geosynchronous na kwa hivyo inaning'inia kila wakati juu ya nukta moja kwenye uso wa Dunia. . Inaweza kutumika kama kabati za lifti vifaa vya umeme, kusonga juu na chini pamoja na cable. Kwa lifti za anga za juu, gharama ya kupeleka mizigo angani inaweza kupunguzwa hadi dola 500 kwa kilo - takwimu ambayo sasa ni takriban dola 20,000 kwa kilo, kulingana na ripoti ya hivi majuzi ya Chuo cha Kimataifa cha Astronautics (IAA).
Wapenda lifti za angani wanaashiria ubaya wa teknolojia za kurusha roketi kwenye obiti.
"Teknolojia hii inafungua fursa za ajabu, itawapa ubinadamu upatikanaji wa mfumo wa jua," anasema Peter Swan, rais wa International Space Elevator Consortium ISEC na mwandishi mwenza wa ripoti ya IAA "Nadhani lifti za kwanza zitafanya kazi katika hali ya kiotomatiki, na baada ya 10 Ndani ya miaka 15, tutakuwa na vifaa sita hadi nane kati ya vifaa hivi ambavyo ni salama vya kutosha kusafirisha watu."
Asili ya wazo
Ugumu ni kwamba urefu wa muundo kama huo lazima uwe hadi kilomita 100,000 - hii ni zaidi ya ikweta mbili za dunia. Ipasavyo, muundo lazima uwe na nguvu ya kutosha kuunga mkono uzito wake mwenyewe. Hakuna nyenzo Duniani iliyo na sifa muhimu za nguvu.
Lakini wanasayansi wengine wanafikiri kwamba tatizo hili linaweza kutatuliwa tayari katika karne ya sasa. Kampuni kubwa ya ujenzi ya Kijapani imetangaza kwamba inapanga kujenga lifti ya anga ifikapo mwaka wa 2050. Na watafiti wa Marekani hivi karibuni wameunda nyenzo mpya kama almasi kulingana na nanofilaments ya benzene iliyobanwa, ambayo nguvu yake inaweza kufanya lifti ya anga kuwa ukweli ndani ya wengi. ya maisha yetu.
Wazo la lifti ya nafasi ilizingatiwa kwanza mnamo 1895 na Konstantin Tsiolkovsky. Mwanasayansi Mrusi, aliyechochewa na Mnara wa Eiffel uliojengwa hivi majuzi huko Paris, alianza kutafiti fizikia ya kujenga mnara mkubwa ambao unaweza kubeba chombo cha angani kwenye obiti bila kutumia roketi. Baadaye, mwaka wa 1979, mwandishi wa hadithi za sayansi Arthur C. Clarke alitaja mada hii katika riwaya yake "Chemchemi za Paradiso" - mhusika wake mkuu anajenga lifti ya nafasi, sawa katika kubuni na miradi inayojadiliwa sasa.
Swali ni jinsi ya kuleta wazo maishani. "Ninapenda ujasiri wa dhana ya lifti ya nafasi," anasema Kevin Fong, mwanzilishi wa Kituo cha Mwinuko, Nafasi na Tiba Uliokithiri katika Chuo Kikuu cha London London. "Ninaweza kuelewa ni kwa nini watu wanaona inavutia sana: uwezo wa kusafiri hadi kwenye mizunguko ya chini ya Dunia kwa bei nafuu na hutufungulia kwa usalama mfumo mzima wa jua wa ndani."
Masuala ya usalama
Walakini, kujenga lifti ya nafasi haitakuwa rahisi. "Kwa kuanzia, cable lazima ifanywe kwa nguvu sana, lakini nyenzo rahisi, kuwa na uzito muhimu na sifa za msongamano ili kusaidia uzito wa magari yanayotembea juu yake, na wakati huo huo uwezo wa kuhimili athari za mara kwa mara za upande. "Kwa sasa, nyenzo hizo hazipo," anasema Fong. Kwa kuongezea, ujenzi wa lifti kama hiyo utahitaji matumizi makubwa zaidi ya vyombo vya angani na idadi kubwa zaidi ya safari za anga katika historia ya wanadamu. 
Kulingana na yeye, maswala ya usalama hayawezi kupuuzwa: "Hata ikiwa tunaweza kushinda shida kubwa za kiufundi zinazohusiana na ujenzi wa lifti, muundo utakaotokea utakuwa kamba kubwa iliyonyoshwa, inayoendesha vyombo vya anga nje ya obiti na kupigwa mabomu kila wakati na uchafu wa angani. ”
Je, watalii siku moja wataweza kutumia lifti kusafiri angani?
Katika kipindi cha miaka 12 iliyopita, miundo mitatu ya kina ya lifti ya anga imechapishwa kote ulimwenguni. Ya kwanza inaelezwa na Brad Edwards na Eric Westling katika kitabu "Space Elevators," iliyochapishwa mwaka wa 2003. Lifti hii imeundwa kusafirisha tani 20 za mizigo kwa kutumia nishati ya mitambo ya laser iko duniani. Gharama inayokadiriwa ya usafirishaji ni $150 kwa kilo, na gharama ya mradi inakadiriwa kuwa $6 bilioni.
Mnamo mwaka wa 2013, Chuo cha IAA kiliendeleza dhana hii katika mradi wake, kutoa ulinzi ulioongezeka wa cabins za lifti kutoka kwa matukio ya anga hadi urefu wa kilomita 40, wakati ambapo harakati za cabins kwenye obiti inapaswa kuendeshwa na nishati ya jua. Gharama ya usafirishaji ni $500 kwa kilo, na gharama ya kujenga lifti mbili za kwanza kama hizo ni dola bilioni 13.
Dhana za lifti za nafasi za mapema zilijumuisha anuwai ya suluhu zinazowezekana matatizo ya nafasi ya kukabiliana na uzito iliyoundwa ili kuweka kebo katika nafasi ya taut - pia ilipendekezwa kutumia asteroid iliyonaswa na kuwasilishwa kwa obiti inayotaka kwa madhumuni haya. Ripoti ya IAA inabainisha kuwa suluhisho kama hilo siku moja linaweza kutekelezwa, lakini haliwezekani katika siku za usoni.
Drogue"
Ili kuunga mkono kebo yenye uzito wa tani 6,300, counterweight lazima iwe na tani 1,900. Inaweza kuundwa kwa sehemu kutoka kwa vyombo vya anga na vifaa vingine vya usaidizi ambavyo vitatumika kujenga lifti. Inawezekana pia kutumia satelaiti zilizotumika karibu kwa kuzivuta kwenye obiti mpya.
Pia wanapendekeza kutengeneza "nanga" ambayo inashikilia kebo kwenye Dunia, kwa namna ya jukwaa la kuelea lenye ukubwa wa tanki kubwa la mafuta au kibeba ndege, na kuiweka karibu na ikweta ili kuongeza uwezo wa kuzaa. Eneo la kilomita 1000 magharibi mwa Visiwa vya Galapagos, ambalo ni nadra sana kukumbwa na vimbunga, vimbunga na vimbunga, linapendekezwa kuwa eneo mwafaka la "nanga".
Vifusi vya angani vinaweza kutumika kama kifaa cha kukabiliana na uzani kwenye ncha ya juu ya kebo ya lifti ya angani
Obayashi Corp., mojawapo ya makampuni makubwa zaidi ya ujenzi ya Japani, mwaka jana ilitangaza mipango ya kujenga lifti imara zaidi ya anga ambayo ingebeba wapandaji wa kiotomatiki wa maglev. Teknolojia kama hiyo hutumiwa kwenye reli za mwendo wa kasi. Kebo yenye nguvu zaidi inahitajika kwa sababu lifti ya Kijapani inapaswa kutumiwa kusafirisha watu. Gharama ya mradi huo inakadiriwa kuwa dola bilioni 100, wakati gharama ya kusafirisha mizigo katika obiti inaweza kuwa $ 50-100 kwa kilo.
Ingawa bila shaka kutakuwa na changamoto nyingi za kiufundi katika kujenga lifti kama hiyo, kwa kweli kipengele pekee cha kimuundo ambacho bado hakiwezi kutengenezwa ni kebo yenyewe, asema Swan: “Tatizo pekee la kiteknolojia linalohitaji kutatuliwa ni kutafuta nyenzo zinazofaa kwa ajili yake. tengeneza kebo tu.
Nyuzi za almasi
Washa wakati huu Nyenzo zinazofaa zaidi kwa cable ni nanotubes za kaboni, zilizoundwa katika hali ya maabara mwaka wa 1991. Miundo hii ya cylindrical ina nguvu ya mvutano wa gigapascals 63, yaani, ni karibu mara 13 kuliko chuma cha nguvu zaidi.
Urefu wa juu unaowezekana wa nanotubes vile unaongezeka mara kwa mara - mwaka 2013, wanasayansi wa China waliweza kuongeza hadi nusu ya mita. Waandishi wa ripoti ya IAA wanatabiri kwamba kilomita itafikiwa ifikapo 2022, na 2030. Itawezekana kuunda nanotubes za urefu unaofaa kwa matumizi katika lifti ya nafasi.
Wakati huo huo, Septemba iliyopita super mpya nyenzo za kudumu: Katika karatasi iliyochapishwa katika jarida la nyenzo za sayansi ya Nature Materials, timu inayoongozwa na profesa wa kemia John Bedding wa Chuo Kikuu cha Jimbo la Pennsylvania iliripoti kuzalisha "nanothreads za almasi" nyembamba sana katika maabara ambayo inaweza kuwa na nguvu zaidi kuliko nanotubes za kaboni.
Wanasayansi wamebana benzini ya kioevu chini ya shinikizo la angahewa mara 200,000. Kisha shinikizo lilipunguzwa polepole, na ikawa kwamba atomi za benzini zilipangwa upya, na kuunda muundo uliopangwa sana wa tetrahedra ya piramidi.
Kama matokeo, nyuzi nyembamba sana ziliundwa, sawa na muundo wa almasi. Ingawa nguvu zao haziwezi kupimwa moja kwa moja kwa sababu ya ukubwa wao mdogo zaidi, hesabu za kinadharia zinaonyesha kuwa nyuzi hizi zinaweza kuwa na nguvu zaidi kuliko nyenzo kali zaidi za sanisi zinazopatikana.
Kupunguza hatari
"Ikiwa tunaweza kutengeneza nanowires za almasi au nanotube za kaboni za urefu na ubora unaofaa, tunaweza kuwa na uhakika kwamba zitakuwa na nguvu za kutosha kutumika katika lifti ya anga," anasema Bedding.
Hata hivyo, hata ikiwa unasimamia kupata nyenzo zinazofaa kwa cable, kukusanya muundo itakuwa vigumu sana. Uwezekano mkubwa zaidi, shida zitatokea zinazohusiana na kuhakikisha usalama wa mradi, ufadhili unaohitajika na usimamizi mzuri wa masilahi ya ushindani. Walakini, hii haimzuii Swan.
Njia moja au nyingine, ubinadamu unajitahidi kupata nafasi na uko tayari kutumia pesa nyingi juu yake
"Ni kweli, tutakumbana na matatizo makubwa, lakini matatizo yalilazimika kutatuliwa wakati wa ujenzi wa jengo la kwanza linalovuka bara. reli[nchini Marekani], na wakati wa ujenzi wa mifereji ya Panama na Suez,” anasema. "Itachukua muda mwingi na pesa, lakini kama ilivyo kwa mradi wowote mkubwa, unahitaji tu kutatua shida zinapotokea, huku ukipunguza hatari zinazowezekana."
Hata Elon Musk hayuko tayari kukataa kabisa uwezekano wa kuunda lifti ya nafasi. "Sidhani kama wazo hili linawezekana leo, lakini ikiwa mtu anaweza kudhibitisha vinginevyo, itakuwa nzuri," alisema katika mkutano huko MIT mwaka jana.
Kupanda kwenye lifti ya anga kunaweza kukumbusha ndege ya puto ya hewa moto - bila mngurumo wa nozzles, bila bomba la moto mkali. Dunia inakwenda chini vizuri. Nyumba zinazidi kuwa ndogo, barabara zinageuka kuwa nyuzi ambazo hazionekani sana, na riboni za mito zenye rangi ya fedha zinapungua. Hatimaye, ulimwengu wa chini, wa ubatili umefichwa katika mawingu na ulimwengu wa juu, upitao maumbile unafunuliwa. Anga imepita, nyuma ya kioo kuna weusi wa cosmic. Na kabati huteleza juu na juu kando ya kebo, isiyoonekana dhidi ya mandharinyuma ya bluu-kijani ya sayari na kwenda kwenye utupu usio na mwisho.
Tsiolkovsky pia alielezea muundo ambao unaweza kuunganisha obiti na uso wa Dunia. Mwanzoni mwa miaka ya 1960, wazo hilo lilitengenezwa na Yuri Artsutanov, na Arthur Clarke alilitumia katika riwaya ya Chemchemi za Paradiso. "Ulimwengu wa Ndoto" inarudi kwenye mada ya lifti ya nafasi na inajaribu kufikiria jinsi inapaswa kufanya kazi na kile kinachohitajika kwa hiyo.
Obiti ya geostationary
Je, inawezekana kwa satelaiti kuganda bila kutikisika juu ya kichwa cha mtazamaji? Ikiwa Dunia isingekuwa na mwendo, kama katika mfumo wa Ptolemaic wa ulimwengu, jibu lingekuwa "hapana" - baada ya yote, bila nguvu ya katikati, satelaiti isingekaa kwenye obiti. Lakini, kama tunavyojua, mwangalizi mwenyewe hana mwendo, lakini huzunguka pamoja na sayari. Ikiwa muda wa obiti wa setilaiti ni sawa na siku ya pembeni (saa 23 dakika 56 sekunde 4), na mzunguko wake uko katika ndege ya ikweta, kifaa hicho kitaelea juu ya kile kinachoitwa "eneo la kusimama."
Obiti ambayo setilaiti imesimama kuhusiana na sehemu yake ya kusimama inaitwa geostationary. Na ni muhimu sana kwa uchunguzi wa anga. Ni mahali ambapo satelaiti nyingi za mawasiliano ziko, na mawasiliano ndio matumizi kuu ya kibiashara ya anga. Uhamisho kupitia kirudia kinachoning'inia juu ya ikweta unaweza kupokelewa kwenye "sahani" zisizosimama.
Pia kuna wazo la kuweka kituo cha watu katika obiti ya geostationary. Kwa ajili ya nini? Kwanza, kwa ajili ya matengenezo na ukarabati wa satelaiti za mawasiliano. Ili satelaiti zitumike kwa miaka kadhaa zaidi, mara nyingi ni muhimu tu kuongeza mafuta ya micromotors ambayo hutoa mwelekeo. paneli za jua na antena. Kituo kilicho na mtu kitaweza kuendesha kando ya obiti ya kijiografia, kushuka (katika kesi hii, kasi yake ya angular itakuwa ya juu kuliko ile ya satelaiti "iliyosimama"), kupata gari linalohitaji matengenezo, na kuinuka tena. Hii haitachukua mafuta zaidi ya kituo cha obiti ya chini hutumia wakati inashinda msuguano na angahewa isiyoweza kupatikana.
Inaweza kuonekana kuwa faida ni kubwa. Lakini kusambaza kituo cha mbali kama hicho itakuwa ghali sana. Kubadilisha wafanyakazi na kutuma meli za usafiri kutahitaji magari ya uzinduzi mara tano zaidi ya yale yanayotumika sasa. Wazo la kuvutia zaidi ni kutumia kituo cha mwinuko wa juu ili kujenga lifti ya nafasi.
Kebo
Nini kitatokea ikiwa kebo itatupwa chini kutoka kwa satelaiti ya geostationary kuelekea Dunia? Kwanza, kikosi cha Coriolis kitambeba mbele. Baada ya yote, itapokea kasi sawa na satelaiti, lakini itakuwa katika obiti ya chini, ambayo inamaanisha kasi yake ya angular itakuwa kubwa zaidi. Lakini baada ya muda cable itapata uzito na hutegemea wima. Radi ya mzunguko itapungua na nguvu ya centrifugal haitaweza tena kusawazisha nguvu ya mvuto. Ikiwa utaendelea kuunganisha kamba, mapema au baadaye itafikia uso wa sayari.
Ili kuzuia kituo cha mvuto wa mfumo kutoka kwa kuhama, counterweight inahitajika. Watu wengine wanapendekeza kutumia satelaiti zilizotumika au hata asteroid ndogo kama ballast. Lakini kuna chaguo la kuvutia zaidi - kuweka cable kwa mwelekeo kinyume, kutoka kwa Dunia. Pia itanyoosha na kunyoosha. Lakini si tena chini ya uzito wake mwenyewe, lakini kwa sababu ya nguvu ya centrifugal.
Cable ya pili itakuwa muhimu zaidi kuliko ballast rahisi. Utoaji wa bei nafuu, usio na roketi wa mizigo kwenye obiti ya geostationary ni muhimu, lakini yenyewe haitalipa gharama ya lifti. Kituo kilicho kwenye mwinuko wa kilomita 36,000 kitakuwa sehemu ya kuhamisha tu. Zaidi ya hayo, bila matumizi ya nishati, kuharakishwa kwa nguvu ya centrifugal, mizigo itasonga kando ya cable ya pili. Kwa umbali wa kilomita 144,000 kutoka duniani, kasi yao itazidi kasi ya pili ya cosmic. Lifti itageuka kuwa manati, kutuma makombora kwa Mwezi, Zuhura na Mirihi kwa kutumia nishati ya mzunguko wa sayari.
Tatizo ni cable, ambayo lazima si kuvunja chini ya uzito wake mwenyewe, licha ya urefu wake wa ajabu. Kwa kamba ya chuma, hii itatokea tayari kwa urefu wa kilomita 60 (na ikiwezekana mapema zaidi, kwani kasoro haziepukiki wakati wa kusuka). Unaweza kuepuka kuvunja ikiwa unene wa kamba huongezeka kwa kasi kwa urefu - baada ya yote, kila sehemu inayofuata inapaswa kuhimili uzito wake pamoja na uzito wa yote yaliyotangulia. Lakini jaribio la mawazo litalazimika kuingiliwa: karibu na mwisho wa juu, kebo itafikia unene kiasi kwamba akiba ya chuma kwenye ukoko wa dunia haitoshi kwa hiyo.
Hata polyethilini yenye nguvu zaidi "Dyneema", ambayo silaha za mwili na mistari ya parachute hufanywa, haifai. Ina wiani mdogo, na sehemu ya msalaba wa millimeter moja ya mraba inaweza kuhimili mzigo wa tani mbili na kuvunja chini ya uzito wake tu kwa urefu wa kilomita 2500. Lakini kebo ya Dainima lazima iwe na uzito wa tani zipatazo 300,000 na unene wa mita 10 kwenye ncha ya juu. Karibu haiwezekani kupeleka shehena kama hiyo kwenye obiti, na lifti inaweza tu kujengwa kutoka juu.
Matumaini yanatolewa na nanotubes za kaboni zilizogunduliwa mwaka wa 1991, ambazo kinadharia zina uwezo wa kuwa na nguvu mara 30 kuliko Kevlar (katika mazoezi, kamba ya polyethilini bado ina nguvu). Ikiwa makadirio ya matumaini ya uwezo wao yanathibitishwa, itawezekana kuzalisha tepi yenye sehemu ya mara kwa mara ya urefu wa kilomita 36,000, yenye uzito wa tani 270 na uwezo wa kubeba tani 10. Na ikiwa hata makadirio ya kukata tamaa yanathibitishwa, lifti iliyo na kebo yenye unene wa milimita 1 karibu na Dunia na sentimita 25 kwenye obiti (uzito wa tani 900 bila kuzingatia uzani) haitakuwa hadithi ya kisayansi tena.
Inua
Kuunda lifti kwa lifti ya nafasi ni kazi isiyo ya kawaida. Ili kufanya cable, unahitaji tu kuendeleza teknolojia mpya. Mbinu inayoweza kupanda kebo hii na kupeleka mizigo kwenye obiti bado haijavumbuliwa. Njia ya "kidunia", wakati cabin imefungwa kwenye jeraha la kamba kwenye ngoma, haisimama kwa upinzani: wingi wa mzigo hautakuwa na maana ikilinganishwa na wingi wa kamba. Kuinua italazimika kupanda peke yake.
Inaweza kuonekana kuwa hii sio ngumu kutekeleza. Cable imefungwa kati ya rollers, na mashine inatambaa juu, inashikiliwa na msuguano. Lakini hii ni tu katika hadithi za kisayansi lifti ya nafasi - mnara au safu kubwa ambayo kabati husogea. Kwa kweli, uzi usioonekana utafikia uso wa Dunia, bora zaidi: Ribbon nyembamba. Sehemu ya mawasiliano ya rollers na usaidizi haitakuwa na maana, ambayo inamaanisha kuwa msuguano hauwezi kuwa mkubwa.
Kuna kizuizi kimoja zaidi - utaratibu lazima usiharibu cable. Kwa bahati mbaya, ingawa nanofabric ni sugu sana ya machozi, hii haimaanishi kuwa ni ngumu kukata au kugongana. Kubadilisha cable iliyovunjika itakuwa vigumu sana. Na ikiwa itapasuka urefu wa juu, nguvu ya centrifugal itapeleka kituo hadi angani, na kuharibu mradi mzima. Ili kudumisha kituo cha mvuto wa mfumo katika obiti wakati wa dharura, migodi midogo itabidi kuwekwa kwenye urefu wote wa kebo. Ikiwa moja ya matawi yatavunjika, mara moja watapiga sehemu sawa ya tawi la kinyume.
Kuna matatizo mengine mengi ya kuvutia ambayo yanahitaji kutatuliwa. Kwa mfano, tofauti ya lifti zinazoelekea kwa kila mmoja na uokoaji wa abiria kutoka kwa cabins "zilizokwama".
Shida ngumu zaidi ni usambazaji wa umeme kwa kuinua. Injini itahitaji nishati nyingi. Uwezo wa betri, zilizopo na zinazotengenezwa, haitoshi. Ugavi wa mafuta ya kemikali na kioksidishaji utageuza kuinua kwenye mfumo wa hatua nyingi wa mizinga na injini. Ubunifu huu mzuri, kwa njia, hauitaji kebo ya gharama kubwa - ipo hivi sasa na inaitwa "roketi ya nyongeza".
Njia rahisi ni kujenga waya za mawasiliano kwenye kebo. Lakini cable haiwezi kuhimili uzito wa wiring chuma, ambayo ina maana kwamba nanotubes itabidi "kufundishwa" kufanya sasa umeme. Ugavi wa umeme unaojitegemea kwa namna ya paneli za jua au chanzo cha radioisotopu ni dhaifu sana: kulingana na makadirio ya matumaini zaidi, kupanda nao kutachukua miongo kadhaa. Kinu cha nyuklia chenye uwiano bora wa wingi-kwa-nguvu kinaweza kuchukua miaka kupata kabati kwenye obiti. Lakini yenyewe ni nzito sana na pia itahitaji kuongeza mafuta mawili au matatu njiani.
Pengine, chaguo bora- hii ni uhamisho wa nishati kwa kutumia laser au bunduki ya microwave ambayo inawasha kifaa cha kupokea cha lifti. Lakini sio bila mapungufu yake. Katika kiwango cha sasa cha teknolojia, ni wachache tu wa nishati iliyopokelewa inaweza kubadilishwa kuwa umeme. Wengine watageuka kuwa joto, ambayo itakuwa shida sana kuondoa katika nafasi isiyo na hewa.
Ikiwa cable itaharibika, itakuwa vigumu kupata warekebishaji kwenye eneo lililoharibiwa. Na ikiwa itavunjika, imechelewa (fremu kutoka kwa mchezo Halo 3: ODST)
Ulinzi wa mionzi
Habari mbaya kwa wale wanaotaka kupanda mwanga: lifti itapita kwenye mikanda ya mionzi ya Dunia. Uga wa sumaku wa sayari hunasa chembe za upepo wa jua - protoni na elektroni - na huzuia mionzi hatari kufikia uso. Kama matokeo, Dunia imezungukwa kwenye ndege ya ikweta na tori mbili kubwa, ambazo ndani yake chembe zilizochajiwa hujilimbikizia. Hata vyombo vya anga vinajaribu kuepuka maeneo haya.
Ukanda wa kwanza, mtego wa protoni, huanza kwa urefu wa kilomita 500-1300 na kuishia kwa urefu wa kilomita 7000. Nyuma yake, hadi mwinuko wa takriban kilomita 13,000, kuna eneo salama kiasi. Lakini hata zaidi, kati ya kilomita 13 na 20,000, ukanda wa mionzi ya nje ya elektroni zenye nguvu nyingi huenea.
Vituo vya Orbital vinazunguka chini ya mikanda ya mionzi. Vyombo vya anga vya juu vilivivuka tu wakati wa safari za mwezi, vikitumia saa chache tu juu yake. Lakini kuinua itahitaji siku moja kushinda kila mikanda. Hii ina maana kwamba cabin itabidi iwe na ulinzi mkubwa wa kupambana na mionzi.
Mooring mnara
Msingi wa lifti ya anga kwa kawaida hufikiriwa kuwa tata ya miundo ya juu ya ardhi iliyoko mahali fulani huko Ekuado, misitu ya Gabon, au kisiwa cha Oceania. Lakini suluhisho la wazi zaidi sio bora kila wakati. Mara baada ya kutolewa kutoka kwenye obiti, teta inaweza kulindwa hadi kwenye sitaha ya meli au juu ya mnara mkubwa. Chombo cha baharini kitaepuka vimbunga ambavyo vinaweza, ikiwa sio kuvunja lifti, ambayo ina upepo mwingi, kisha kutupa lifti kutoka kwayo.
Mnara wa urefu wa kilomita 12-15 utalinda cable kutokana na vurugu ya anga, na pia itafupisha urefu wake. Kwa mtazamo wa kwanza, faida inaonekana kuwa isiyo na maana, lakini ikiwa wingi wa cable inategemea urefu wake, basi hata faida ndogo itafikia akiba inayoonekana. Kwa kuongezea, mnara wa kuanika hufanya iwezekane kuongeza takriban mara mbili ya uwezo wa kubeba wa mfumo kwa kuondoa sehemu nyembamba na iliyo hatarini zaidi ya uzi.
Walakini, inawezekana kuweka jengo la urefu kama huo kwenye kurasa za riwaya za hadithi za kisayansi. Kinadharia, mnara kama huo unaweza kujengwa kutoka kwa nyenzo na ugumu wa almasi. Katika mazoezi, hakuna msingi utasaidia uzito wake.
Walakini, inawezekana kujenga mnara wa kuaa kwa urefu wa kilomita nyingi. Pekee nyenzo za ujenzi Sio saruji ambayo inapaswa kutumika, lakini gesi: baluni zilizojaa heliamu. Mnara kama huo utakuwa "kuelea", sehemu ya chini ambayo imeingizwa kwenye anga na, kwa sababu ya nguvu ya Archimedean, inasaidia sehemu ya juu, ambayo tayari iko katika nafasi isiyo na hewa. Muundo huu unaweza kujengwa kutoka chini, kutoka kwa mtu binafsi, ukubwa mdogo na vitalu vinavyoweza kubadilishwa kabisa. Hakuna vizuizi vya msingi kwa "mnara wa inflatable" unaofikia urefu wa kilomita 100 au hata 160.
Hata bila lifti ya nafasi, "mnara unaoelea" hufanya akili. Kama mmea wa nguvu - ikiwa ganda la nje limefunikwa na paneli za jua. Kama mrudiaji anayehudumia eneo lenye eneo la kilomita elfu moja na nusu. Hatimaye, kama uchunguzi na msingi wa kusoma tabaka za juu za anga.
Na ikiwa hautalenga urefu wa mamia ya kilomita, unaweza kutumia puto yenye umbo la pete "iliyotiwa nanga" kwenye mwinuko wa kilomita 40 kama kituo cha kutua. Ndege kubwa (au meli kadhaa ziko moja juu ya nyingine) itapakua kebo ya lifti, ikichukua uzito wake katika makumi ya kilomita za mwisho.
Lakini faida muhimu zaidi zingetoka kwa jukwaa linalosonga katika mfumo wa ndege ya urefu wa juu inayoruka juu ya ikweta kwa kasi ya 360 km / h (ambayo inaweza kufikiwa wakati injini inaendeshwa na paneli za jua na kinu cha nyuklia) . Katika kesi hii, satelaiti haina haja ya kuelea juu ya nukta moja. Mzunguko wake utakuwa kilomita 7,000 chini ya geostationary, ambayo itapunguza urefu wa cable kwa 20% na misa kwa mara 2.5 (kwa kuzingatia faida kutoka kwa matumizi ya "mnara wa mooring"). Inabakia kutatua tatizo la kupeleka mizigo kwenye ndege yenyewe.
Manati ya mvuto
Lifti ya angani ndiyo yenye matarajio makubwa zaidi, lakini si mradi pekee wa kutumia vizimio kuzindua vyombo vya anga. Mipango mingine inaweza kutekelezwa katika kiwango cha sasa cha teknolojia.
Nini, kwa mfano, kitatokea ikiwa mzigo uliofungwa na cable unasukumwa "juu" kutoka kwa shuttle inayoning'inia kwenye obiti, mbali na Dunia? Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa kasi, meli yenyewe itahamia kwenye obiti ya chini. Na itaanza kuanguka. Mzigo, unaovuta kebo ya kufuta pamoja nayo, kwanza utapotoshwa nyuma na nguvu ya Coriolis, lakini kisha kuharakisha "juu". Hakika, kwa kuongezeka kwa radius ya mzunguko, mvuto utapungua, na nguvu ya centrifugal itaongezeka. Mfumo utafanya kazi kama trebuchet - mashine ya kutupa ya zamani. Shuttle itachukua jukumu la ngome na mawe, kebo itageuka kuwa kombeo, na mhimili utakuwa kituo cha jumla cha mfumo, ambao uko katika hali ya kutokuwa na uzito katika mzunguko wa awali wa meli. Baada ya kuzunguka kwa mhimili, kebo itanyoosha kwa mwelekeo wima, kunyoosha na kutupa mzigo.
Tofauti kati ya manati ya mvuto na lifti ya nafasi ni kwamba jukumu la "ngome" kwenye lifti inachezwa na sayari yenyewe, "ikianguka" kwa urefu mdogo usiojulikana unaohusiana na katikati ya misa ya "Dunia-projectile" mfumo. Katika kesi hii, nishati ya kinetic ya kuhamisha itatumika. Meli itahamisha sehemu ya kasi yake kwa shehena - tuseme, kituo cha moja kwa moja cha sayari - itapoteza kasi na mwinuko na kuingia kwenye tabaka mnene za anga. Ambayo pia ni nzuri, kwa kuwa kwa kawaida ili deorbit shuttle inapaswa kupunguzwa kasi na injini zake, kuchoma mafuta.
Kwa msaada wa manati ya cable, shuttle itaweza kutuma mizigo mara 2-3 zaidi kwa Mars au Venus kuliko kwa njia ya jadi. Ambayo, hata hivyo, bado haitaruhusu mfumo wa kuhamisha kushindana na gari la uzinduzi wa kawaida kwa suala la ufanisi. Baada ya yote, kwa uzinduzi wa "manati" itakuwa muhimu kuzindua sio tu mzigo wa malipo, lakini pia cable kubwa na "counterweight" kwenye obiti. Jambo lingine ni kwamba counterweight kwa manati inaweza kupatikana moja kwa moja katika obiti - kwa mfano, meli ya usafiri ambayo imekamilisha kazi yake itafanya. Kwa kuongeza, kuna "vifusi vingi vya nafasi" vinavyozunguka sayari yetu, ambayo itabidi kukusanywa katika siku zijazo zinazoonekana.
* * *
Matatizo yanayohusiana na ujenzi wa lifti ya nafasi ni mbali na kutatuliwa. Njia mbadala ya gharama nafuu ya roketi na shuttle haitaonekana hivi karibuni. Lakini kwa sasa, "staircase to the void" ni mradi wa ajabu zaidi na mkubwa ambao sayansi inafanya kazi. Hata kama muundo, ambao urefu wake ni mara kadhaa ya kipenyo cha sayari, utageuka kuwa haufanyi kazi, itaashiria mwanzo wa hatua mpya katika historia ya mwanadamu. "Toka kutoka kwa utoto" sawa na Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky alizungumza zaidi ya karne moja iliyopita.
Leo, vyombo vya anga vinachunguza Mwezi, Jua, sayari na asteroidi, kometi na anga za kati ya sayari. Lakini roketi zinazochochewa na kemikali bado ni njia ghali na yenye nguvu ndogo ya kusongesha mizigo zaidi ya mvuto wa Dunia. Teknolojia ya kisasa ya roketi imekaribia kufikia kikomo cha uwezo uliowekwa na asili athari za kemikali. Je, ubinadamu umefikia mwisho wa kiteknolojia? Sio kabisa, ikiwa unatazama wazo la zamani la lifti ya nafasi.
Kwenye asili
Mtu wa kwanza kufikiria kwa umakini juu ya jinsi ya kushinda mvuto wa sayari kwa kutumia "pull-up" alikuwa mmoja wa watengenezaji wa magari ya ndege, Felix Zander. Tofauti na mwotaji na mvumbuzi Baron Munchausen, Zander alipendekeza chaguo la kisayansi la lifti ya anga ya Mwezi. Kuna sehemu kwenye njia kati ya Mwezi na Dunia ambapo nguvu za mvuto za miili hii zinasawazisha kila mmoja. Iko katika umbali wa kilomita 60,000 kutoka kwa Mwezi. Karibu na Mwezi, mvuto wa mwezi utakuwa na nguvu zaidi kuliko Dunia, na mbali zaidi itakuwa dhaifu. Kwa hivyo ukiunganisha Mwezi na kebo kwenye asteroid fulani kushoto, sema, kwa umbali wa kilomita 70,000 kutoka kwa Mwezi, basi kebo pekee ndiyo itazuia asteroidi kuanguka duniani. Cable itanyoshwa kila wakati kwa nguvu ya mvuto, na kando yake itawezekana kuinuka kutoka kwa uso wa Mwezi zaidi ya mipaka ya mvuto wa mwezi. Kwa mtazamo wa kisayansi, hii ni wazo sahihi kabisa. Haikupokea umakini uliostahili tu kwa sababu wakati wa Zander hakukuwa na vifaa ambavyo kebo haingeweza kuvunja chini ya uzani wake yenyewe.
“Mnamo 1951, Profesa Buckminster Fuller alitengeneza daraja la pete linaloelea bila malipo kuzunguka ikweta ya Dunia. Kinachohitajika kufanya wazo hili kuwa ukweli ni lifti ya nafasi. Na tutakuwa nayo lini? Nisingependa kukisia, kwa hivyo nitarekebisha jibu ambalo Arthur Kantrowitz alitoa wakati mtu alimuuliza swali kuhusu mfumo wake wa uzinduzi wa laser. Lifti ya anga itajengwa miaka 50 baada ya watu kuacha kulicheka wazo hilo.” (“Lifti ya anga: jaribio la mawazo au ufunguo wa Ulimwengu?”, hotuba katika XXX International Congress on Astronautics, Munich, Septemba 20, 1979.)
Mawazo ya kwanza
Mafanikio ya kwanza kabisa ya unajimu tena yaliamsha fikira za wapendaji. Mnamo 1960, mhandisi mchanga wa Soviet, Yuri Artutanov, alivutia kipengele cha kuvutia kinachojulikana kama satelaiti za geostationary (GSS). Setilaiti hizi ziko katika obiti ya duara haswa katika ndege ya ikweta ya dunia na zina kipindi cha obiti sawa na urefu wa siku ya dunia. Kwa hiyo, satelaiti ya geostationary daima inaelea juu ya hatua sawa kwenye ikweta. Artutanov alipendekeza kuunganisha GSS kwa kebo hadi sehemu iliyo chini yake kwenye ikweta ya dunia. Kebo haitakuwa na mwendo ikilinganishwa na Dunia, na kando yake wazo la kuzindua kabati la lifti kwenye nafasi linajipendekeza. Wazo hili angavu liliteka akili nyingi. Mwandishi maarufu Arthur C. Clarke hata aliandika riwaya ya uongo ya sayansi, Chemchemi za Paradiso, ambayo njama nzima inaunganishwa na ujenzi wa lifti ya nafasi.
Matatizo ya lifti
Leo, wazo la lifti ya nafasi kwenye GSS tayari linatekelezwa huko USA na Japan, na hata mashindano yanapangwa kati ya watengenezaji wa wazo hili. Jitihada kuu za wabunifu zinalenga kutafuta vifaa ambavyo inawezekana kufanya cable urefu wa kilomita 40,000, yenye uwezo wa kuunga mkono uzito wake tu, bali pia uzito wa sehemu nyingine za kimuundo. Ni vyema kuwa dutu inayofaa kwa cable tayari imezuliwa. Hizi ni nanotubes za kaboni. Nguvu zao ni mara kadhaa zaidi kuliko kile kinachohitajika kwa lifti ya nafasi, lakini bado tunahitaji kujifunza jinsi ya kutengeneza uzi usio na kasoro kutoka kwa zilizopo makumi ya maelfu ya kilomita kwa muda mrefu. Hakuna shaka kwamba tatizo hilo la kiufundi litatatuliwa mapema au baadaye.
Kutoka kwa Dunia hadi kwenye mzunguko wa chini wa Dunia, mizigo hutolewa na roketi za jadi za kemikali. Kutoka hapo, vivuta obiti huteremsha shehena kwenye "jukwaa la lifti ya chini," ambayo imeshikwa kwa usalama na kebo iliyoambatanishwa na Mwezi. Lifti inapeleka mizigo kwa Mwezi. Kwa sababu ya kukosekana kwa hitaji la kuvunja (na roketi zenyewe) katika hatua ya mwisho na wakati wa kupanda kutoka kwa Mwezi, uokoaji wa gharama kubwa unawezekana. Lakini, tofauti na ile iliyoelezewa katika kifungu hicho, usanidi huu unarudia wazo la Zander na hausuluhishi shida ya kuondoa mzigo kutoka kwa Dunia, kuhifadhi teknolojia ya roketi kwa hatua hii.
Kazi ya pili na kubwa pia juu ya njia ya kujenga lifti ya nafasi ni kuunda injini ya lifti na mfumo wa usambazaji wake wa nishati. Baada ya yote, cabin lazima ipande kilomita 40,000 bila kuongeza mafuta hadi mwisho wa kupanda! Hakuna mtu bado amefikiria jinsi ya kufikia hili.
Usawa usio thabiti
Lakini ugumu mkubwa zaidi, hata usioweza kushindwa, kwa lifti kwa satelaiti ya geostationary inahusishwa na sheria za mechanics ya mbinguni. GSS iko katika obiti yake ya ajabu tu kutokana na usawa wa mvuto na nguvu ya centrifugal. Ukiukaji wowote wa usawa huu husababisha ukweli kwamba satelaiti inabadilisha mzunguko wake na kuacha "hatua yake ya kusimama". Hata inhomogeneities ndogo katika uwanja wa mvuto wa Dunia, nguvu za mawimbi ya Jua na Mwezi, na shinikizo la mwanga wa jua husababisha ukweli kwamba satelaiti katika obiti ya geostationary ni daima drifting. Hakuna shaka hata kidogo kwamba, chini ya uzito wa mfumo wa lifti, satelaiti haitaweza kubaki katika obiti ya geostationary na itaanguka. Kuna, hata hivyo, udanganyifu kwamba inawezekana kupanua teta mbali zaidi ya obiti ya geostationary na kuweka counterweight kubwa katika mwisho wake wa mbali. Kwa mtazamo wa kwanza, nguvu ya centrifugal inayofanya kazi kwenye counterweight iliyounganishwa itaimarisha cable ili mzigo wa ziada kutoka kwa cabin inayohamia kando yake hauwezi kubadilisha nafasi ya counterweight, na lifti itabaki katika nafasi ya kazi. Hii itakuwa kweli ikiwa, badala ya kebo inayoweza kubadilika, fimbo ngumu, isiyo na laini ilitumiwa: basi nishati ya mzunguko wa Dunia ingepitishwa kupitia fimbo hadi kwenye kabati, na harakati zake hazitasababisha kuonekana kwa nguvu ya upande. ambayo haijalipwa na mvutano wa cable. Na nguvu hii itavuruga utulivu wa nguvu wa lifti ya karibu ya Dunia, na itaanguka!
Uwanja wa michezo wa Mbinguni
Kwa bahati nzuri kwa watu wa ardhini, asili imetuandalia suluhisho kubwa- Mwezi. Sio tu kwamba Mwezi ni mkubwa sana hivi kwamba hakuna lifti zinazoweza kuusogeza, pia uko kwenye mzunguko wa karibu wa duara na wakati huo huo unaitazama Dunia kwa upande mmoja! Wazo linajipendekeza tu - kunyoosha lifti kati ya Dunia na Mwezi, lakini salama kebo ya lifti kwenye ncha moja tu, kwenye Mwezi. Mwisho wa pili wa kebo unaweza kuteremshwa karibu na Dunia yenyewe, na nguvu ya mvuto itaivuta kama kamba kwenye mstari unaounganisha vituo vya molekuli ya Dunia na Mwezi. Mwisho wa bure haupaswi kuruhusiwa kufikia uso wa Dunia. Sayari yetu inazunguka mhimili wake, kwa sababu ambayo mwisho wa kebo itakuwa na kasi ya karibu 400 m kwa sekunde kuhusiana na uso wa Dunia, ambayo ni, kusonga angani kwa kasi kubwa kuliko kasi ya sauti. Hakuna muundo unaoweza kuhimili upinzani wa hewa kama hiyo. Lakini ikiwa unapunguza gari la lifti hadi urefu wa kilomita 30-50, ambapo hewa haipatikani kabisa, upinzani wake unaweza kupuuzwa. Kasi ya cabin itabaki karibu 0.4 km / s, na kasi hii inafikiwa kwa urahisi na stratoplanes za kisasa za urefu wa juu. Kwa kuruka hadi kwenye kabati la lifti na kuegemea nayo (mbinu hii ya kizimbani imefanyiwa kazi kwa muda mrefu katika ujenzi wa ndege kwa kuongeza mafuta ndani ya ndege na kwenye spacecraft), unaweza kuhamisha shehena kutoka upande wa stratoplane hadi kwenye kabati au nyuma. . Baada ya hayo, cabin ya lifti itaanza kupanda kwa Mwezi, na stratoplane itarudi duniani. Kwa njia, mizigo iliyotolewa kutoka kwa Mwezi inaweza tu kushuka kutoka kwenye cabin na parachute na ilichukua salama na sauti chini au baharini.
Kuepuka migongano
Lifti inayounganisha Dunia na Mwezi lazima isuluhishe tatizo lingine. kazi muhimu. Katika nafasi ya karibu-Dunia kuna idadi kubwa ya vyombo vya anga vinavyofanya kazi na maelfu kadhaa ya satelaiti zisizofanya kazi, vipande vyake na uchafu mwingine wa anga. Mgongano kati ya lifti na yoyote kati yao inaweza kusababisha kebo kukatika. Ili kuepuka shida hii, inapendekezwa kufanya sehemu ya "chini" ya cable, urefu wa kilomita 60,000, inayoweza kuinua na kuiondoa kwenye eneo la harakati la satelaiti za Dunia wakati haihitajiki huko. Kufuatilia nafasi za miili katika nafasi ya karibu na Dunia kuna uwezo kabisa wa kutabiri vipindi wakati harakati ya gari la lifti katika eneo hili itakuwa salama.
Winch kwa lifti ya nafasi
Lifti ya anga kuelekea Mwezi ina tatizo kubwa. Cabins za elevators za kawaida huhamia kwa kasi ya si zaidi ya mita chache kwa pili, na kwa kasi hii hata kupanda kwa urefu wa kilomita 100 (hadi mpaka wa chini wa nafasi) inapaswa kuchukua zaidi ya siku. Hata ukitembea kwa kasi ya juu ya treni za reli ya 200 km / h, safari ya Mwezi itachukua karibu miezi mitatu. Lifti inayoweza kufanya safari mbili tu hadi Mwezi kwa mwaka haiwezekani kuwa katika mahitaji.
Ikiwa unafunika cable na filamu ya superconductor, basi itawezekana kusonga kando ya cable kwenye mto wa magnetic bila kuwasiliana na nyenzo zake. Katika kesi hii, itawezekana kuharakisha nusu ya njia na kuvunja cabin nusu ya njia.
Hesabu rahisi inaonyesha kwamba kwa thamani ya kuongeza kasi ya 1 g (sawa na mvuto wa kawaida duniani), safari nzima ya Mwezi itachukua masaa 3.5 tu, yaani, cabin itaweza kufanya ndege tatu hadi Mwezi kila siku. Wanasayansi wanafanya kazi kikamilifu katika uundaji wa superconductors ambao hufanya kazi kwa joto la kawaida, na kuonekana kwao kunaweza kutarajiwa katika siku zijazo zinazoonekana.
Kutupa takataka
Inashangaza kutambua kwamba katikati ya safari kasi ya cabin itafikia 60 km / s. Ikiwa, baada ya kuongeza kasi, mzigo wa malipo haujaingizwa kutoka kwa cabin, basi kwa kasi hiyo inaweza kuelekezwa kwa hatua yoyote katika mfumo wa jua, kwa yoyote, hata sayari ya mbali zaidi. Hii inamaanisha kuwa lifti kuelekea Mwezini itaweza kutoa safari za ndege bila roketi kutoka Duniani ndani ya Mfumo wa Jua.
Na uwezekano wa kutupa taka mbaya kutoka kwa Dunia hadi Jua kwa kutumia lifti itakuwa ya kigeni kabisa. Nyota yetu ya asili ni tanuru ya nyuklia ya nguvu ambayo taka yoyote, hata ya mionzi, itawaka bila kuwaeleza. Kwa hivyo lifti kamili kwa Mwezi haiwezi tu kuwa msingi wa upanuzi wa nafasi ya wanadamu, lakini pia njia ya kusafisha sayari yetu kutokana na upotezaji wa maendeleo ya kiufundi.
Ingawa ujenzi wa lifti ya nafasi tayari iko ndani yetu uwezo wa uhandisi, shauku karibu na jengo hili kwa bahati mbaya imepungua hivi karibuni. Sababu ni kwamba wanasayansi bado hawajaweza kupata teknolojia ya kuzalisha nanotubes za kaboni za nguvu zinazohitajika kwa kiwango cha viwanda.
Wazo la kuzindua shehena kwenye obiti bila roketi lilipendekezwa na mtu yule yule aliyeanzisha cosmonautics ya kinadharia - Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Imehamasishwa na kile tulichoona huko Paris Mnara wa Eiffel, alieleza maono yake ya lifti ya anga katika umbo la mnara wenye urefu mkubwa sana. Sehemu yake ya juu ingekuwa katika obiti ya kijiografia.
Mnara wa lifti ni msingi wa vifaa vya kudumu ambavyo vinazuia ukandamizaji - lakini mawazo ya kisasa lifti za angani bado zinazingatia toleo lenye nyaya ambazo lazima ziwe na nguvu za mkazo. Wazo hili lilipendekezwa kwa mara ya kwanza mnamo 1959 na mwanasayansi mwingine wa Urusi, Yuri Nikolaevich Artstanov. Kwanza kazi ya kisayansi pamoja na hesabu za kina za lifti ya anga katika umbo la kebo, ilichapishwa katika 1975, na katika 1979 Arthur C. Clarke aliitangaza katika kitabu chake “The Fountains of Paradise.”
Ingawa nanotubes kwa sasa zinatambuliwa kuwa nyenzo zenye nguvu zaidi, na ndiyo pekee inayofaa kwa ajili ya kujenga lifti katika mfumo wa kebo inayonyoosha kutoka kwa satelaiti ya geostationary, nguvu za nanotubes zilizopatikana kwenye maabara bado hazitoshi kufikia nguvu iliyohesabiwa.
Kinadharia, nguvu ya nanotubes inapaswa kuwa zaidi ya 120 GPa, lakini kwa mazoezi urefu wa juu zaidi wa nanotube yenye ukuta mmoja ulikuwa 52 GPa, na kwa wastani walivunja kati ya 30-50 GPa. Lifti ya nafasi inahitaji vifaa vyenye nguvu ya 65-120 GPa.
Mwishoni mwa mwaka jana, tamasha kubwa zaidi la filamu la hali halisi la Marekani, DocNYC, lilionyesha filamu ya Sky Line, ambayo inaelezea majaribio ya wahandisi wa Marekani kujenga lifti ya anga - ikiwa ni pamoja na washiriki katika shindano la NASA X-Prize.
Wahusika wakuu wa filamu hiyo ni Bradley Edwards na Michael Lane. Edwards ni mwanafizikia ambaye amekuwa akifanya kazi juu ya wazo la lifti ya anga tangu 1998. Lane ni mjasiriamali na mwanzilishi wa LiftPort, kampuni inayokuza... matumizi ya kibiashara nanotubes za kaboni.
Mwishoni mwa miaka ya 90 na mapema miaka ya 2000, Edwards, baada ya kupokea ruzuku kutoka kwa NASA, aliendeleza wazo la lifti ya anga, kuhesabu na kutathmini vipengele vyote vya mradi. Mahesabu yake yote yanaonyesha kwamba wazo hili linawezekana - ikiwa tu fiber yenye nguvu ya kutosha kwa cable inaonekana.
Edwards alishirikiana kwa ufupi na LiftPort kutafuta ufadhili wa mradi wa lifti, lakini kutokana na kutofautiana kwa ndani, mradi haukufanyika. LiftPort ilifungwa mnamo 2007, ingawa mwaka mmoja mapema ilifanikiwa kuonyesha roboti ikipanda kebo ya wima ya urefu wa maili iliyosimamishwa kutoka kwa puto kama sehemu ya uthibitisho wa dhana kwa baadhi ya teknolojia yake.
Nafasi hiyo ya kibinafsi, inayozingatia roketi zinazoweza kutumika tena, inaweza kuchukua nafasi ya ukuzaji wa lifti ya nafasi katika siku zijazo zinazoonekana. Kulingana na yeye, lifti ya nafasi inavutia tu kwa sababu inatoa zaidi njia za bei nafuu kupeleka shehena kwenye obiti, na roketi zinazoweza kutumika tena zinatengenezwa kwa usahihi ili kupunguza gharama ya uwasilishaji huu.
Edwards analaumu kukwama kwa wazo hilo kutokana na ukosefu wa msaada wa kweli kwa mradi huo. "Hivi ndivyo miradi inavyoonekana ambayo mamia ya watu waliotawanyika kote ulimwenguni huendeleza kama burudani. Hakuna maendeleo makubwa yatafanywa hadi kuwe na msaada wa kweli na udhibiti wa serikali kuu."
Hali na maendeleo ya wazo la lifti ya nafasi huko Japan ni tofauti. Nchi inajulikana kwa maendeleo yake katika uwanja wa robotiki, na mwanafizikia wa Kijapani Sumio Iijima anachukuliwa kuwa waanzilishi katika uwanja wa nanotubes. Wazo la lifti ya nafasi ni karibu kitaifa hapa.
Kampuni ya Kijapani ya Obayashi yaapa kutoa lifti ya nafasi ya kazi ifikapo 2050. Mtendaji mkuu wa kampuni hiyo, Yoji Ishikawa, anasema wanafanya kazi na wakandarasi binafsi na vyuo vikuu vya ndani ili kuboresha teknolojia iliyopo ya nanotube.
Ishikawa anasema pamoja na kwamba kampuni inaelewa utata wa mradi huo, hawaoni vikwazo vyovyote vya msingi katika utekelezaji wake. Anaamini pia kwamba umaarufu wa wazo la lifti ya nafasi huko Japan unasababishwa na hitaji la kuwa na aina fulani ya wazo la kitaifa ambalo linaunganisha watu dhidi ya hali ngumu ya kiuchumi ya miongo michache iliyopita.
Ishikawa ina uhakika kwamba ingawa wazo la ukubwa huu linaweza kupatikana tu kupitia ushirikiano wa kimataifa, Japan inaweza kuwa nguvu yake ya kuendesha gari kwa sababu ya umaarufu mkubwa wa lifti ya anga nchini.
Wakati huo huo, kampuni ya anga ya juu na ulinzi ya Kanada ya Thoth Technology ilitunukiwa Hati miliki ya U.S. No. 9,085,897 msimu wa joto uliopita kwa toleo lao la lifti ya anga. Kwa usahihi zaidi, dhana inahusisha ujenzi wa mnara ambao unadumisha shukrani ya rigidity gesi iliyoshinikizwa.
Mnara unapaswa kutoa mizigo kwa urefu wa kilomita 20, kutoka ambapo itazinduliwa kwenye obiti kwa kutumia roketi za kawaida. Chaguo hili la kati, kulingana na mahesabu ya kampuni, litaokoa hadi 30% ya mafuta ikilinganishwa na roketi.
Mkutano wa IV wa kikanda wa watoto wa shule
"Barabara ya Nyota"
Lifti ya nafasi - hadithi au ukweli?
Imekamilika:
____________________
Msimamizi:
___________________
Yaroslavl
Utangulizi
Mawazo ya lifti ya nafasi na K.E. Tsiolkovsky, Yu.N. Sanaatanova, G.G. Polyakova
Ubunifu wa lifti ya nafasi
Maelezo ya miradi ya kisasa
Hitimisho
Utangulizi
Mnamo 1978, riwaya ya kisayansi ya Arthur C. Clarke "Chemchemi za Paradiso" ilichapishwa, iliyojitolea kwa wazo la kujenga lifti ya anga. Hatua hiyo inafanyika katika karne ya 22 kwenye kisiwa kisichokuwapo cha Taproban, ambacho, kama mwandishi anavyoonyesha katika utangulizi, inalingana na 90% ya kisiwa cha Ceylon (Sri Lanka).
Waandishi wa hadithi za kisayansi mara nyingi hutabiri kuonekana kwa uvumbuzi sio wa karne yao wenyewe, lakini ya wakati wa baadaye zaidi.
Lifti ya anga ni nini?
Lifti ya anga ni dhana ya muundo wa kihandisi wa kurusha mizigo angani bila roketi. Ubunifu huu wa dhahania unategemea matumizi ya kebo iliyonyoshwa kutoka kwenye uso wa sayari hadi kituo cha orbital, iliyoko kwenye GSO. Kwa mara ya kwanza wazo kama hilo lilionyeshwa na Konstantin Tsiolkovsky mnamo 1895;
Madhumuni ya kazi hii ni kujifunza uwezekano wa kujenga lifti ya nafasi.
Mawazo ya lifti ya nafasi na K.E. Tsiolkovsky, Yu.N. Artutanov na G.G. Polyakova
Konstantin Tsiolkovsky ni mwanasayansi wa Kirusi na Soviet aliyejifundisha mwenyewe, mvumbuzi, na mwalimu wa shule. Mwanzilishi wa cosmonautics ya kinadharia. Alihalalisha utumiaji wa roketi kwa ndege za anga na akafikia hitimisho juu ya hitaji la kutumia "treni za roketi" - mifano ya roketi za hatua nyingi. Kazi zake kuu za kisayansi zinahusiana na aeronautics, mienendo ya roketi na astronautics.
Mwakilishi wa cosmism ya Kirusi, mwanachama wa Jumuiya ya Kirusi ya Wapenzi wa Mafunzo ya Dunia. Mwandishi wa kazi za hadithi za kisayansi, msaidizi na mtangazaji wa mawazo ya uchunguzi wa anga. Tsiolkovsky alipendekeza kujaza nafasi ya nje kwa kutumia vituo vya obiti. Aliamini kwamba maendeleo ya maisha kwenye moja ya sayari za Ulimwengu yangefikia nguvu na ukamilifu kiasi kwamba hii ingewezesha kushinda nguvu za uvutano na kueneza maisha katika Ulimwengu wote.
Mnamo 1895, mwanasayansi wa Kirusi Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky alikuwa wa kwanza kuunda dhana na dhana ya lifti ya nafasi. Alielezea muundo wa kusimama huru kutoka ngazi ya chini hadi obiti ya geostationary. Kupanda kilomita elfu 36 juu ya ikweta na kufuata mwelekeo wa kuzunguka kwa Dunia, katika hatua ya mwisho na kipindi cha obiti cha siku moja haswa, muundo huu ungebaki katika nafasi iliyowekwa.
YU 
Riy Nikolaevich Artstanov ni mhandisi wa Urusi aliyezaliwa Leningrad. Mhitimu wa Leningradsky
Taasisi ya Teknolojia, inajulikana kama mmoja wa waanzilishi wa wazo la lifti ya anga. Mnamo 1960, aliandika makala "To Space - by Electric Locomotive", ambapo alijadili dhana ya lifti ya anga kama njia ya gharama nafuu, salama na rahisi ya kufikia obiti ili kuwezesha utafutaji wa nafasi.
Yuri Nikolaevich alianzisha wazo la Konstantin Tsiolkovsky. Wazo la Artstanov lilitokana na kuunganisha satelaiti za geosynchronous na kebo kwenye Dunia. Alipendekeza kutumia setilaiti kama msingi wa kujenga mnara, kwa kuwa satelaiti ya geosynchronous ingebaki juu ya sehemu isiyobadilika kwenye ikweta. Kwa msaada wa counterweight, kebo itashushwa kutoka kwa obiti ya geosynchronous hadi kwenye uso wa Dunia, wakati counterweight itaondoka kwenye Dunia, kuweka katikati ya wingi wa cable stationary kuhusiana na Dunia.
A 
Rtsutanov alipendekeza kufunga mwisho mmoja wa "kamba" kama hiyo kwenye ikweta ya dunia, na mwisho wa pili, ulio mbali zaidi. anga ya sayari, - hutegemea uzito wa kusawazisha. Ikiwa "kamba" ilikuwa ya kutosha kwa muda mrefu, nguvu ya centrifugal ingezidi nguvu ya mvuto na kuzuia mzigo kutoka kuanguka duniani. Kutoka kwa mahesabu yaliyotolewa na Artutanov, inafuata kwamba nguvu ya kivutio na nguvu ya katikati ni sawa kwa urefu wa kilomita 42,000. Matokeo ya nguvu hizi, sawa na sifuri, hurekebisha kwa uhakika "jiwe" kwenye zenith.
Sasa treni za umeme zilizofungwa zitaendesha wima kwenda juu - kuelekea obiti. Kuongezeka kwa kasi kwa kasi na kusimama laini kutasaidia kuzuia upakiaji mwingi wa tabia ya kuinua roketi. Baada ya masaa kadhaa ya kusafiri kwa kasi ya kilomita 10 - 20 kwa sekunde, kituo cha kwanza kitafuata - kwenye hatua ya usawa, ambapo kituo cha usafirishaji kilichoenea katika mvuto wa sifuri kitafungua milango ya baa, migahawa, vyumba vya kupumzika - na ajabu. mtazamo wa Dunia kutoka kwa madirisha.
Baada ya kuacha, cabin haitaweza tu kusonga bila kupoteza nishati, kwani itatupwa mbali na Dunia kwa nguvu ya centrifugal, lakini pia, kwa kuongeza, injini, iliyobadilishwa kwa hali ya dynamo, itazalisha umeme muhimu kurudi. .
Kituo cha pili na cha mwisho kilipendekezwa kufanywa kwa umbali wa kilomita 60,000 kutoka kwa Dunia, ambapo nguvu za matokeo zingekuwa sawa na nguvu ya uvutano kwenye uso wa dunia, na itaruhusu uundaji wa mvuto wa bandia kwenye "kituo cha mwisho. ”. Hapa, kwenye ukingo wa gari la cable ndefu zaidi, nafasi halisi ya obiti itapatikana. Yeye, kama inavyotarajiwa, atazindua meli za anga kwenye Mfumo wa Jua, akiwapa kasi ya heshima na kuwapa trajectory.
Hakutaka kujiwekea kikomo kwa kamba ya zamani, Yuri Artstanov alining'inia juu yake mitambo ya nishati ya jua inayobadilisha nishati ya jua kuwa mkondo wa umeme, na solenoids ambayo hutoa uwanja wa sumakuumeme. "Locomotive ya umeme" lazima iende kwenye uwanja huu.
Ikiwa tunakadiria uzito wa uso wa barabara hiyo ya magnetic, kwa kuzingatia urefu wa kilomita 60,000, basi inageuka - mamia ya mamilioni ya tani? Mengi zaidi. Zaidi ya roketi elfu moja zitahitajika kuvuta uzito huu ili kuzunguka! Wakati huo ilionekana kuwa haiwezekani.
Walakini, wakati huu mwanasayansi alikuja na wazo sahihi: lifti sio lazima ijengwe kutoka chini kwenda juu, kama mnara mkubwa wa cyclopean - inatosha kuzindua satelaiti ya bandia kwenye obiti ya geostationary, ambayo nyuzi ya kwanza itatoka. kushushwa. Katika sehemu ya msalaba, thread hii itakuwa nyembamba kuliko nywele za kibinadamu, ili uzito wake hauzidi tani elfu. Baada ya mwisho wa bure wa uzi kuhifadhiwa kwenye uso wa dunia, "buibui" itakimbia kutoka juu hadi chini kando ya uzi - kifaa nyepesi ambacho huweka uzi wa pili, sambamba. Itafanya kazi hadi kamba iwe nene ya kutosha kuhimili "locomotive ya umeme", karatasi ya sumakuumeme, mitambo ya nishati ya jua, vyumba vya kupumzika na mikahawa.
Inaeleweka kwa nini, katika enzi ya mbio za nafasi, wazo la Yuri Valerievich Artstanov lilibaki bila kutambuliwa na mtu yeyote. Wakati huo hapakuwa na nyenzo zenye uwezo wa kuhimili vile shinikizo la juu kupasuka kwa cable.
Katika ukuzaji wa maoni ya Artutanov, Georgy Polyakov kutoka Astrakhan alipendekeza mradi wake wa lifti ya anga mnamo 1977. taasisi ya ufundishaji.
Kimsingi, lifti hii karibu haina tofauti na ile iliyoelezwa hapo juu. Polyakov anaonyesha tu: lifti halisi ya nafasi itakuwa ngumu zaidi kuliko ile iliyoelezewa na Artstanov. Kwa kweli, itajumuisha mfululizo wa lifti rahisi za urefu unaopungua mfululizo. Kila mmoja ni mfumo wa kujitegemea, lakini shukrani tu kwa mmoja wao anayefikia Dunia, utulivu wa muundo mzima unahakikishwa.
Urefu wa lifti (takriban mara 4 ya kipenyo cha Dunia) ulichaguliwa kwa njia ambayo kifaa, kilichotenganishwa na juu yake, kingeweza kusonga kwa inertia kwenye anga ya nje. Katika sehemu ya juu kutakuwa na mahali pa uzinduzi wa vyombo vya anga za juu. Na meli zinazorudi kutoka kwa ndege, zikiwa zimeingia kwenye obiti ya stationary, "inua" kwenye eneo la msingi.
Kutoka kwa mtazamo wa kubuni, lifti ya nafasi ina mabomba mawili ya sambamba au shafts sehemu ya mstatili, unene wa kuta hutofautiana kulingana na sheria fulani. Pamoja na moja yao cabins huenda juu, na pamoja na nyingine - chini. Bila shaka, hakuna kitu kinachokuzuia kujenga kadhaa ya jozi hizi. Bomba haiwezi kuendelea, lakini inajumuisha nyaya nyingi zinazofanana, nafasi ambayo imewekwa na mfululizo wa muafaka wa mstatili wa transverse. Hii inafanya iwe rahisi kufunga na kutengeneza lifti.
Cabins za lifti ni majukwaa tu yanayoendeshwa na motors za umeme za mtu binafsi. Mizigo au moduli za makazi zimeunganishwa kwao - baada ya yote, safari katika lifti inaweza kudumu wiki, au hata zaidi.
Ili kuokoa nishati, unaweza kuunda mfumo unaofanana na gari la cable. Inajumuisha mfululizo wa pulleys ambayo nyaya zilizofungwa na cabins zilizosimamishwa juu yao hutupwa. Axes ya pulley, ambapo motors za umeme zimewekwa, zimewekwa kwenye carrier wa lifti. Hapa uzito wa cabins za kupanda na kushuka ni kwa usawa, na, kwa hiyo, nishati hutumiwa tu juu ya kushinda msuguano.
Kwa "nyuzi" za kuunganisha, ambayo lifti yenyewe hutengenezwa, ni muhimu kutumia nyenzo ambazo mkazo wa kuvunja kwa uwiano wa wiani ni mara 50 zaidi kuliko ile ya chuma. Hizi zinaweza kuwa "composites" mbalimbali, vyuma vya povu, aloi za berili au whiskers za kioo ...
Walakini, Georgy Polyakov haachi kufafanua sifa za lifti ya nafasi. Anaonyesha ukweli kwamba kufikia mwisho wa karne ya 20, obiti ya geosynchronous "itatawanywa" na vyombo vya angani vya aina na madhumuni mbalimbali. Na kwa kuwa wote watakuwa karibu bila mwendo wa jamaa na sayari yetu, inaonekana inajaribu sana kuwaunganisha na Dunia na kwa kila mmoja kwa kutumia elevators za nafasi na barabara kuu ya usafiri wa pete.
Kulingana na mazingatio haya, Polyakov anaweka mbele wazo la "mkufu" wa ulimwengu wa Dunia. Mkufu utatumika kama aina ya gari la kebo (au reli) kati ya vituo vya obiti, na pia itawapa usawa thabiti katika obiti ya geosynchronous.
Kwa kuwa urefu wa "mkufu" ni mkubwa sana (kilomita 260,000), vituo vingi vinaweza kuwekwa juu yake. Ikiwa, sema, makazi ni kilomita 100 mbali, basi idadi yao itakuwa 2600. Kwa idadi ya watu elfu 10 katika kila kituo, watu milioni 26 wataishi kwenye pete. Ikiwa ukubwa na idadi ya "unajimu" kama huo huongezeka, takwimu hii itaongezeka kwa kasi.
Ubunifu wa lifti ya nafasi
Msingi
KUHUSU 
Msingi wa lifti ya nafasi ni mahali kwenye uso wa sayari ambapo cable imeshikamana na kuinua mzigo huanza. Inaweza kuwa ya simu, iliyowekwa kwenye chombo cha baharini. Faida ya msingi unaohamishika ni uwezo wa kufanya ujanja ili kukwepa vimbunga na dhoruba. Faida za msingi wa stationary ni vyanzo vya nishati vya bei nafuu na vinavyopatikana zaidi, na uwezo wa kupunguza urefu wa cable. Tofauti ya kilomita chache za tether ni ndogo, lakini inaweza kusaidia kupunguza unene unaohitajika wa sehemu yake ya kati na urefu wa sehemu inayoenea zaidi ya obiti ya geostationary. Kwa kuongezea msingi, jukwaa kwenye puto za stratospheric linaweza kuwekwa ili kupunguza uzito wa sehemu ya chini ya kebo na uwezo wa kubadilisha urefu ili kuzuia mtiririko wa hewa wenye msukosuko zaidi, na pia kupunguza mitetemo mingi kwa urefu wote. ya cable.
Kebo
Kebo lazima ifanywe kwa nyenzo iliyo na nguvu ya juu sana ya mvutano kwa uwiano maalum wa mvuto. Lifti ya nafasi itahesabiwa haki kiuchumi ikiwa inawezekana kuzalisha kwa kiwango cha viwanda kwa bei nzuri cable yenye wiani unaofanana na grafiti na nguvu ya gigapascals kuhusu 65-120. Kwa kulinganisha, nguvu ya aina nyingi za chuma ni kuhusu 1 GPa, na hata aina kali zaidi si zaidi ya 5 GPa, na chuma ni nzito. Kevlar nyepesi zaidi ina nguvu katika anuwai ya 2.6-4.1 GPa, na nyuzi za quartz zina nguvu ya hadi 20 GPa na zaidi. Nanotubes za kaboni zinapaswa, kulingana na nadharia, kuwa na kunyoosha juu zaidi kuliko ile inayohitajika kwa lifti ya nafasi. Hata hivyo, teknolojia ya kuzizalisha kwa wingi viwandani na kuzifuma katika nyaya ndiyo inaanza kutengenezwa. Kinadharia, nguvu zao zinapaswa kuwa zaidi ya 120 GPa, lakini kwa mazoezi urefu wa juu zaidi wa nanotube yenye ukuta mmoja ulikuwa 52 GPa, na kwa wastani walivunja kati ya 30-50 GPa. Thread yenye nguvu zaidi, iliyosokotwa kutoka kwa nanotubes, itakuwa dhaifu kuliko vipengele vyake.
Katika jaribio la wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Kusini mwa California (USA), nanotube za kaboni zenye ukuta mmoja zilionyesha nguvu mahususi mara 117 zaidi ya chuma na mara 30 zaidi ya Kevlar. Iliwezekana kufikia thamani ya 98.9 GPa, thamani ya juu ya urefu wa nanotube ilikuwa 195 μm. Kulingana na wanasayansi fulani, hata nanotubes za kaboni hazitakuwa na nguvu za kutosha kutengeneza kebo ya lifti ya angani.
Majaribio ya wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Teknolojia Sydney yalifanya iwezekane kuunda karatasi ya graphene. Vipimo vya sampuli vinatia moyo: msongamano wa nyenzo ni mara tano hadi sita chini kuliko ile ya chuma, wakati nguvu ya kuvuta ni mara kumi zaidi kuliko ile ya chuma cha kaboni. Wakati huo huo, graphene ni kondakta mzuri wa sasa wa umeme, ambayo inaruhusu kutumika kusambaza nguvu kwa lifti kama basi ya mawasiliano.
Mnamo Juni 2013, wahandisi kutoka Chuo Kikuu cha Columbia huko USA waliripoti mafanikio mapya: shukrani kwa teknolojia mpya Wakati wa kupata graphene, inawezekana kupata karatasi na saizi ya diagonal ya makumi kadhaa ya sentimita na nguvu 10% tu chini ya ile ya kinadharia.
Kuimarisha cable
Lifti ya nafasi lazima angalau kuunga mkono uzito wake mwenyewe, ambayo ni kubwa kutokana na urefu wa cable. Kuimarisha kwa upande mmoja huongeza nguvu ya cable, kwa upande mwingine, huongeza uzito wake, na kwa hiyo, nguvu zinazohitajika. Mzigo juu yake utatofautiana kulingana na maeneo mbalimbali: katika baadhi ya matukio, sehemu ya tether lazima isaidie uzito wa makundi yaliyo chini, kwa wengine lazima ihimili nguvu ya centrifugal ambayo inashikilia sehemu za juu za tether katika obiti. Ili kukidhi hali hii na kufikia ubora wa cable katika kila hatua, unene wake utakuwa tofauti.
Inaweza kuonyeshwa kuwa kwa kuzingatia mvuto wa Dunia na nguvu ya centrifugal, LAKINI, bila kuzingatia ushawishi mdogo wa Mwezi na Jua, sehemu ya msalaba wa cable kulingana na urefu itaelezewa na formula ifuatayo:
Ambapo ni eneo la sehemu ya msalaba ya kebo kama kitendakazi cha umbali r kutoka katikati ya Dunia.
Formula hutumia viunga vifuatavyo:
- eneo la sehemu ya msalaba ya kebo kwenye kiwango cha uso wa Dunia.
- wiani wa nyenzo za cable.
- nguvu ya mvutano wa nyenzo za cable.
- mzunguko wa mzunguko mzunguko wa Dunia kuzunguka mhimili wake, radiani 7.292 · 10−5 kwa sekunde.
- umbali kati ya katikati ya Dunia na msingi wa kebo. Ni takriban sawa na radius ya Dunia, 6,378 km.
- kuongeza kasi kuanguka bure kwenye msingi wa kebo, 9.780 m/s².
Equation hii inaelezea tether ambayo unene wake huongezeka kwanza kwa kasi, kisha ukuaji wake unapungua kwa urefu wa radii kadhaa za Dunia, na kisha inakuwa mara kwa mara, hatimaye kufikia obiti ya geostationary. Baada ya hayo, unene huanza kupungua tena.
Kwa hivyo, uwiano wa maeneo ya sehemu ya msalaba wa kebo kwenye msingi na kwenye GSO (r = 42,164 km) ni:
P 
kuweka hapa wiani na nguvu ya chuma, na kipenyo cha kebo kwenye kiwango cha chini cha cm 1, tunapata kipenyo katika kiwango cha GSO cha kilomita mia kadhaa, ambayo inamaanisha kuwa chuma na vifaa vingine ambavyo tunazoea havifai kwa ujenzi. lifti.
Inafuata kwamba kuna njia nne za kufikia unene wa cable unaofaa zaidi katika kiwango cha GSO:
Tumia nyenzo zenye mnene kidogo. Kwa kuwa msongamano wa vitu vikali vingi uko katika safu ndogo kutoka 1000 hadi 5000 kg/m³, hakuna uwezekano kwamba chochote kitapatikana hapa.
Tumia nyenzo za kudumu zaidi. Utafiti unaenda hasa katika mwelekeo huu. Nanotubes za kaboni zina nguvu mara kumi kuliko chuma bora, na zitapunguza kwa kiasi kikubwa unene wa kebo kwenye kiwango cha GSO. Hesabu sawa, iliyofanywa kwa kudhaniwa kuwa msongamano wa kebo ni sawa na msongamano wa nyuzi kaboni ρ = 1.9 g/cm3 (1900 kg/m3), yenye nguvu ya mwisho σ = 90 GPA (90 109 Pa) na kipenyo cha kebo msingi wa 1 cm ( 0.01 m), hukuruhusu kupata kipenyo cha kebo kwenye GSO ya cm 9 tu.
Inua msingi wa kebo juu. Kutokana na kuwepo kwa kielelezo katika equation, hata kuinua kidogo kwa msingi kutapunguza sana unene wa cable. Towers yenye urefu wa hadi kilomita 100 hutolewa, ambayo, pamoja na kuokoa kwenye cable, itaepuka ushawishi wa michakato ya anga.
Fanya msingi wa cable iwe nyembamba iwezekanavyo. Bado inahitaji kuwa nene ya kutosha kusaidia kuinua kubeba, hivyo unene wa chini kwenye msingi pia unategemea nguvu ya nyenzo. Kebo iliyotengenezwa kwa nanotubes za kaboni inahitaji tu unene wa milimita moja kwenye msingi.
Njia nyingine ni kufanya msingi wa lifti uhamishwe. Kusonga hata kwa kasi ya 100 m / s tayari kutoa faida kwa kasi ya mviringo kwa 20% na kupunguza urefu wa cable kwa 20-25%, ambayo itafanya kuwa nyepesi kwa asilimia 50 au zaidi. Ikiwa "unatia" cable kwenye ndege ya juu au treni, basi faida katika molekuli ya cable haitapimwa tena kwa asilimia, lakini mara kadhaa (lakini hasara kutokana na upinzani wa hewa hazizingatiwi). Pia kuna wazo la kutumia nyaya za masharti badala ya nyaya za nanotube. mistari ya nguvu Uga wa sumaku wa dunia.
Counterweight
Uzito wa kukabiliana unaweza kuundwa kwa njia mbili - kwa kuunganisha kitu kizito (kwa mfano, asteroid, makazi ya nafasi au kituo cha nafasi) zaidi ya obiti ya geostationary, au kwa kupanua tether yenyewe umbali mkubwa zaidi ya obiti ya geostationary. Chaguo la pili ni la kufurahisha kwa sababu ni rahisi kuzindua mizigo kwa sayari zingine kutoka mwisho wa kebo iliyoinuliwa, kwani ina kasi kubwa inayohusiana na Dunia.
Kasi ya Angular, Kasi na Tilt
Kasi ya usawa ya kila sehemu ya kebo huongezeka kwa urefu kulingana na umbali wa katikati ya Dunia, na kufikia kasi ya kwanza ya ulimwengu katika obiti ya geostationary. Kwa hiyo, wakati wa kuinua mzigo, anahitaji kupata kasi ya ziada ya angular (kasi ya usawa). Kasi ya angular hupatikana kwa sababu ya kuzunguka kwa Dunia. Mara ya kwanza, kuinua kunasonga polepole zaidi kuliko kebo (athari ya Coriolis), na hivyo "kupunguza" kebo na kuipotosha kidogo kuelekea magharibi. Kwa kasi ya kupanda ya 200 km / h, kebo itainama kwa digrii 1. Sehemu ya usawa ya mvutano katika cable isiyo ya wima huchota mzigo kwa upande, kuharakisha kwa mwelekeo wa mashariki - kutokana na hili, lifti hupata kasi ya ziada. Kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Newton, cable hupunguza Dunia kwa kiasi kidogo, na counterweight kwa kiasi kikubwa, kutokana na kupungua kwa mzunguko wa counterweight, cable itaanza kuzunguka ardhi. Wakati huo huo, ushawishi wa nguvu ya centrifugal hulazimisha cable kurudi kwenye nafasi nzuri ya wima yenye nguvu, ili iwe katika hali ya usawa thabiti. Ikiwa kituo cha mvuto wa lifti ni daima juu ya obiti ya geostationary, bila kujali kasi ya elevators, haitaanguka. Kufikia wakati upakiaji unafikia obiti ya geostationary (GEO), kasi yake ya angular inatosha kuzindua upakiaji kwenye obiti. Ikiwa mzigo haujatolewa kutoka kwa kebo, basi, ikisimama kwa wima kwenye kiwango cha GSO, itakuwa katika hali ya usawa isiyo na utulivu, na kwa msukumo wa chini wa chini, itaacha GSO na kuanza kuanguka kwa Dunia kwa wima. kuongeza kasi, huku ukipunguza kasi katika mwelekeo wa usawa. Upotevu wa nishati ya kinetic kutoka kwa sehemu ya usawa wakati wa kushuka itahamishwa kupitia kebo hadi kasi ya angular ya mzunguko wa Dunia, na kuharakisha mzunguko wake. Wakati wa kusukuma juu, mzigo pia utaondoka kwenye GSO, lakini kwa upande mwingine, yaani, itaanza kuinuka pamoja na cable kwa kasi kutoka kwa Dunia, kufikia kasi ya mwisho mwishoni mwa cable. Kwa kuwa kasi ya mwisho inategemea urefu wa cable, thamani yake inaweza hivyo kuweka kiholela. Ikumbukwe kwamba kuongeza kasi na kuongezeka kwa nishati ya kinetic ya mzigo wakati wa kuinua, yaani, kufuta kwake kwa ond, itatokea kutokana na mzunguko wa Dunia, ambao utapungua. Utaratibu huu unaweza kubadilishwa kabisa, ambayo ni, ikiwa utaweka mzigo kwenye mwisho wa kebo na kuanza kuipunguza, ukikandamiza kwa ond, kasi ya angular ya mzunguko wa Dunia itaongezeka ipasavyo. Wakati wa kupunguza mzigo, mchakato wa nyuma utatokea, ukielekeza cable upande wa mashariki.
Kuzindua katika nafasi
Mwishoni mwa cable kwa urefu wa kilomita 144,000, sehemu ya tangential ya kasi itakuwa 10.93 km / s, ambayo ni zaidi ya kutosha kuondoka kwenye uwanja wa mvuto wa Dunia na kuzindua meli kwa Saturn. Ikiwa kitu kiliruhusiwa kuteleza kwa uhuru kwenye sehemu ya juu ya kifaa cha kufunga mtandao, kingekuwa na kasi ya kutosha kutoroka kwenye mfumo wa jua. Hii itatokea kutokana na mpito wa kasi ya jumla ya angular ya cable (na Dunia) kwenye kasi ya kitu kilichozinduliwa. Ili kufikia kasi kubwa zaidi, unaweza kurefusha kebo au kuharakisha mzigo kwa kutumia sumaku-umeme.
Maelezo ya miradi ya kisasa
Mapendekezo ya kina zaidi yaliibuka katikati mwa karne ya 20. Ilitarajiwa kwamba lifti ya angani ingebadilisha ufikiaji wa nafasi ya karibu ya Dunia, Mwezi, Mirihi na hata kwingineko. Jengo hili inaweza mara moja na kwa wote kutatua tatizo linalohusiana na kutuma mtu kwenye nafasi. Lifti ingesaidia sana mashirika mengi ya anga katika kusafirisha wanaanga kwenye mzunguko wa sayari yetu. Kuundwa kwake kunaweza kumaanisha mwisho wa roketi zinazochafua nafasi. Hata hivyo, uwekezaji wa awali na kiwango cha teknolojia kinachohitajika vilidhihirisha wazi kwamba mradi huo haufanyiki na kuuweka kwenye uwanja wa hadithi za kisayansi.
Je, inawezekana kutatua tatizo la ujenzi huo kwa sasa? Wafuasi wa lifti za nafasi wanaamini kwamba kwa sasa kuna fursa za kutosha za kutatua tatizo hili. tatizo la kiufundi. Wanaamini kuwa roketi za angani zimepitwa na wakati na husababisha madhara yasiyoweza kurekebishwa kwa maumbile na ni ghali sana jamii ya kisasa.
Kikwazo kiko katika jinsi ya kuunda mfumo kama huo. "Kwa kuanzia, ni lazima iundwe kutoka kwa nyenzo ambayo bado haipo, lakini ina nguvu na inabadilika na sifa sahihi ya wingi na msongamano kusaidia usafiri na kuhimili nguvu za ajabu za nje," anasema Fong. "Nadhani haya yote yatahitaji mfululizo wa misheni ya obiti yenye matarajio makubwa na matembezi ya anga katika obiti ya chini na ya juu ya Dunia katika historia ya spishi zetu."
Pia kuna wasiwasi wa usalama, anaongeza. "Hata kama tunaweza kutatua matatizo makubwa ya kiufundi yanayohusiana na kujenga kitu kama hicho, picha ya kutisha inatokea ya jibini kubwa lenye mashimo yaliyotobolewa na vifusi vyote vya angani na vifusi juu.”
Wanasayansi kote ulimwenguni wanaendeleza wazo la lifti ya anga. Wajapani walitangaza mapema 2012 kwamba walikuwa na mpango wa kujenga lifti ya anga. Wamarekani waliripoti kitu kama hicho mwishoni mwa 2012. Mnamo 2013, vyombo vya habari vilikumbuka mizizi ya Kirusi ya "lifti ya nafasi." Kwa hivyo, ni lini mawazo haya yatakuwa ukweli?
Dhana ya Shirika la Obayashi la Japani
Shirika linapendekeza njia ifuatayo ya ujenzi: mwisho mmoja wa cable yenye nguvu ya juu sana inashikiliwa na jukwaa kubwa katika bahari, na lingine limewekwa kwenye kituo cha orbital. Kabati iliyoundwa mahsusi husogea kando ya kamba, ambayo inaweza kutoa mizigo, wanaanga au, sema, watalii wa anga.
Obayashi anazingatia nanotubes za kaboni, ambazo zina nguvu mara kumi kuliko chuma, kama nyenzo ya kebo. Lakini shida ni kwamba kwa sasa urefu wa nanotubes kama hizo ni mdogo kwa cm 3, wakati lifti ya nafasi ingehitaji kebo yenye urefu wa jumla ya kilomita 96,000. Inatarajiwa kuwa itawezekana kuondokana na matatizo yaliyopo takriban katika miaka ya 2030, baada ya hapo utekelezaji wa vitendo wa dhana ya lifti ya nafasi itaanza.
Obayashi tayari anazingatia uwezekano wa kuunda vyumba maalum vya watalii vilivyoundwa kubeba hadi abiria 30. Kwa njia, safari ya kuzunguka kwa kebo iliyotengenezwa na nanotubes ya kaboni itachukua siku saba, kwa hivyo mifumo muhimu ya usaidizi wa maisha, chakula na maji italazimika kutolewa.
Obayashi anatarajia kuzindua lifti ya anga ifikapo 2050 pekee.
Lifti ya nafasi kutoka LiftPort Group
Sio tu Dunia itakuwa kitu ambacho lifti kama hiyo itajengwa. Kulingana na kikundi cha wataalam kutoka kampuni ya LiftPort Group, Mwezi unaweza kufanya kama kitu kama hicho.
Msingi wa lifti ya nafasi ya mwezi ni kebo ya Ribbon ya gorofa iliyotengenezwa kwa nyenzo zenye nguvu nyingi. Gondola za usafiri zitasafiri kwa kebo hii hadi kwenye uso wa Mwezi na kurudi, zikitoa watu, nyenzo mbalimbali, mitambo na roboti.
Mwisho wa "nafasi" wa kebo utashikiliwa na kituo cha angani cha PicoGravity Laboratory (PGL) kilichoko kwenye sehemu ya L1 ya Lagrange ya mfumo wa Mwezi-Dunia, mahali ambapo mvuto wa Mwezi na Dunia hughairi kila mmoja. Juu ya Mwezi, mwisho wa cable utaunganishwa na Kituo cha Anchor, kilicho katika eneo la Sinus Medi (takriban katikati ya "uso" wa Mwezi unaoangalia Dunia) na sehemu ya Miundombinu ya Elevator Space Lunar.
Mvutano wa kebo ya lifti ya nafasi utafanywa na counterweight, ambayo itashikiliwa na kebo nyembamba yenye urefu wa kilomita elfu 250, na ambayo tayari itakuwa chini ya rehema ya mvuto wa dunia. Kituo cha anga za juu cha PicoGravity Laboratory kitakuwa na muundo wa msimu, sawa na muundo wa Kituo cha Anga cha Kimataifa kilichopo, ambacho kitafanya iwezekane kukipanua kwa urahisi na kuongeza nodi za kizimbani zinazoruhusu aina tofauti za vyombo vya angani kutia nanga kwenye kituo hicho.
Lengo kuu la mradi huu sio ujenzi wa lifti ya nafasi yenyewe. Lifti hii itakuwa tu njia ya kupeleka magari ya kiotomatiki kwa Mwezi, ambayo yatachimba madini anuwai kwa uhuru, pamoja na metali adimu za ardhini na helium-3, ambayo ni mafuta ya kuahidi kwa vinu vya muunganisho wa nyuklia na, ikiwezekana, mafuta kwa meli za anga za juu .
"Kwa bahati mbaya, mradi huu bado hauwezekani kwa sababu ya watu kukosa teknolojia nyingi muhimu. Lakini utafiti juu ya nyingi za teknolojia hizi umekuwa ukiendelea kwa muda, na bila shaka utakuja wakati ambapo kujenga lifti ya anga itatoka kwenye kitengo cha hadithi za kisayansi hadi uwanja wa mambo yanayowezekana.
Wataalamu wa Kikundi cha LiftPort wanaahidi kufanya muundo unaofanya kazi na wa kina wa muundo huo kufikia mwisho wa 2019.
"General Planetary Vehicle"
Hebu tufikirie mradi unaoitwa General Planetary Vehicle (GVT). Iliwekwa mbele na kuthibitishwa na mhandisi Anatoly Yunitsky kutoka Gomel.
Mnamo 1982, nakala ilichapishwa katika jarida la "Teknolojia kwa Vijana" ambayo mwandishi anadai kwamba ubinadamu hivi karibuni utakuwa na hitaji la gari mpya ambalo linaweza kutoa usafirishaji kwenye njia ya Dunia-Nafasi-Dunia.
Kulingana na A. Yunitsky, GPV ni gurudumu lililofungwa na kipenyo cha kupita kiasi cha mita 10, ambacho kinakaa juu ya njia maalum iliyowekwa kando ya ikweta. Urefu wa overpass, kulingana na ardhi ya eneo, huanzia makumi kadhaa hadi mita mia kadhaa. Njia ya juu huwekwa kwenye vifaa vya kuelea baharini.
Katika chaneli iliyotiwa muhuri iko kando ya mhimili wa mwili wa GPV, kuna ukanda usio na mwisho, ambao una kusimamishwa kwa sumaku na ni aina ya rotor ya injini. Sasa inaingizwa ndani yake, ambayo itaingiliana na ile iliyoizalisha. shamba la sumaku, na tepi, ambayo haipati upinzani wowote (imewekwa kwenye utupu), itaanza kusonga. Kwa usahihi zaidi, katika mzunguko kuzunguka Dunia. Baada ya kufikia kasi ya kwanza ya kutoroka, mkanda hautakuwa na uzito. Kwa kuongeza kasi zaidi, nguvu yake ya katikati kupitia kusimamishwa kwa sumaku itaanza kutumia nguvu inayoongezeka ya wima ya kuinua kwenye mwili wa GPV hadi itakaposawazisha kila mita ya mstari wake (gari litaonekana kutokuwa na uzito - kwa nini isiwe meli ya kupambana na mvuto. ?).
Mizigo na abiria huwekwa kwenye gari lililoshikiliwa kwenye barabara kuu na ukanda wa juu ambao hapo awali ulizunguka kwa kasi ya kilomita 16 / s, ukiwa na tani 9 kwa kila mita, na sawa kabisa, lakini umelazwa ukanda wa chini usio na mwendo. Hii inafanywa hasa ndani, na sehemu ya nje, mwili wa GPV, lakini ili mzigo kwa ujumla usambazwe sawasawa. Baada ya kuachiliwa kutoka kwa vifungo vinavyoshikilia GPV kwenye overpass, kipenyo chake, chini ya ushawishi wa nguvu ya kuinua, itaanza kukua polepole, na kila mita ya mstari itaongezeka juu ya Dunia. Kwa kuwa sura ya mduara inafanana na nishati ya chini, gari, ambalo hapo awali lilinakili wasifu wa overpass, litachukua sura ya pete bora baada ya kuinua.
Kasi ya kupanda gari kwenye sehemu yoyote ya njia inaweza kuwekwa ndani ya mipaka pana: kutoka kwa kasi ya watembea kwa miguu hadi kasi ya ndege. Gari hupitia sehemu ya anga kwa kasi ya chini.
Kulingana na Anatoly Yunitsky, uzito wa jumla wa GPV itakuwa tani milioni 1.6, uwezo wa kubeba - tani milioni 200, uwezo wa abiria - watu milioni 200. Idadi inayokadiriwa ya safari za anga za juu za GPV katika maisha ya huduma ya miaka hamsini ni safari elfu 10 za ndege.
Hitimisho
Kuna miradi mingi ya lifti za angani, na yote inatofautiana kidogo na yale ambayo Artsupanov alipendekeza, lakini sasa wanasayansi wanadhani kwamba vifaa vya nanotube vitapatikana.
Lifti ya angani itabadilisha tasnia ya anga kwa kupeleka watu na mizigo kwenye obiti kwa gharama ya chini sana kuliko magari ya kawaida ya uzinduzi.
Hebu tumaini kwamba katika nusu ya pili ya karne ya 21, lifti za nafasi zitaanza kufanya kazi zaidi ya Dunia: kwenye Mwezi, Mirihi na sehemu nyingine za Mfumo wa Jua. Pamoja na maendeleo ya teknolojia, gharama za ujenzi zitapungua polepole.
Licha ya ukweli kwamba wakati huu unaonekana kuwa mbali na hauwezi kupatikana, ni juu yetu jinsi siku zijazo zitakavyokuwa na jinsi itakavyokuja haraka.
