RiffReporter Ce lipsește pentru liftul spațial
O navă spațială japoneză este pe cale să testeze un mic lift în spațiu. În viitor, această tehnologie ar putea revoluționa călătoriile spațiale - dar este departe de a fi matură.
Plecând de la o insulă tropicală din mijlocul Pacificului, curge o linie subțire de napolitane care pare să se piardă undeva pe cerul albastru fără nori: Este o frânghie care se extinde în spațiu. De-a lungul acestei frânghii, capsulele se ridică în cer, care transportă pe îndelete încărcăturile și oamenii pe o orbită geostaționară. Fără numărătoare inversă, fără motoare cu rachetă aburitoare, în schimb un lift fără zgomot: această viziune a viitorului a inspirat autorii de science fiction de zeci de ani, deoarece ar face călătoriile spațiale mult mai ieftine și ar deschide ramuri complet noi ale economiei în spațiu. Dar inginerii încep doar să se ocupe ocazional de problemele care trebuie rezolvate. Unul dintre ei este Yoshiki Yamagiwa de la Universitatea Shizuoka din Japonia, care împreună cu studenții săi la bordul navei spațiale fără pilot HTV pe 23 septembrie un mic lift spațial către Stația Spațială Internațională. Are un CubeSat lățime de zece centimetri și lungime de 23 de centimetri, care urmează să fie împins în spațiu de la ISS la sfârșitul lunii octombrie 2018 pentru a testa primul lift din spațiu. Cu toate acestea, este puțin probabil să eliminați obstacolele tehnice din calea acestei tehnologii.
O idee veche
Încă din 1895, pionierul rus al călătoriilor spațiale, Konstantin Ziolkowski, a formulat ideea unei structuri și mai mari, care să poată ajunge în spațiu, sub impresia nou-înălțatului Turn Eiffel. Dar timp de aproape o sută de ani pur și simplu nu a existat niciun material cunoscut care să fie potrivit pentru acesta. Oțelul, de exemplu, s-ar rupe la o înălțime de abia 30 de kilometri datorită greutății proprii, indiferent de cât de stabil a fost construit cablul de oțel. Deși conceptul a fost preluat în mod repetat de scriitori de science fiction, abia după 1991 inginerii au început să se ocupe mai serios de liftul în spațiu. În acel an, omul de știință japonez Sumio Iijima a descoperit nanotuburile de carbon. Acest material este de o sută de ori mai puternic decât oțelul, dar doar pe jumătate la fel de greu ca aluminiu. Matematic, o frânghie formată din nanotuburi de carbon ar putea fi întinsă mult în spatele unei orbite geostaționare; ar fi totuși atât de ușor încât racheta grea de astăzi ar putea să o lanseze în spațiu și apoi să se rostogolească spre Pământ.
Unul a privit detaliile tehnice ale unei astfel de frânghii Studiu NASA în 2000: de pe o insulă sau o platformă din latitudinile tropicale mai puțin furtunoase din Pacific, frânghia ar ajunge până la 144.000 de kilometri în spațiu - până la o treime din distanța față de lună. Aici, o contragreutate ar menține frânghia tensionată prin forța centrifugă, în timp ce o platformă la o înălțime de 34.000 de kilometri ar putea găzdui o stație spațială sub greutate. Transportul de încărcături și oameni acolo, făcând rachetele inutile. Un kilogram pus în spațiu ar costa puțin mai mult de 200 de dolari în loc de 20.000 de dolari astăzi. Susținătorii tehnologiei visează la hoteluri uriașe în spațiu, la centrale solare pe orbită și la mine pe asteroizi. Forța centrifugă de la capătul frânghiei ar permite chiar deplasarea interplanetară cu o utilizare mult mai redusă a combustibilului decât în cazul sistemelor de propulsie actuale. Dar cea mai importantă problemă rămâne materialul până în prezent: nanotuburile de carbon și-au dovedit rezistența enormă doar la scară de laborator. Tehnicile de fabricație pentru frânghii care au metri sau chiar kilometri lungime nu există până în prezent.
Satelitul robotizat autonom autonom spațial - mini lift japonez cântărește doar 2,7 kilograme (STELE-ME) este un CubeSat, unul dintre mulți sateliți mici lansați în prezent în spațiu, care ar trebui să testeze procese noi și riscante din punct de vedere tehnic pentru călătoriile spațiale. STARS-ME poartă o frânghie de kevlar care nu este încă potrivită pentru o ridicare de la sol în spațiu. Când CubeSat a părăsit stația spațială și înconjoară liber pământul, cuboidul se împarte în două cubesats în formă de cub, care rămân conectate între ele prin frânghia lungă de 14 metri. Se presupune că un robot mic cu propriul său drive alunecă între ele. Ar fi primul lift din spațiu, dar destul de mic la dimensiunea unei cutii de chibrituri.
Rulouri, furtuni și resturi
Agențiile spațiale precum Agenția Spațială Europeană - angajatorul lui Markus Landgraf - nu au acordat până acum nicio importanță ascensoarelor spațiale în bugetele lor. Felix Huber este, de asemenea, sceptic în ceea ce privește considerațiile fundamentale: „Nu este ușor să păstrezi o astfel de frânghie stabilă pe orbită”, spune directorul operațiunilor spațiale și al formării astronauților de la Centrul german aerospațial din Oberpfaffenhofen. Huber se referă la diferite încercări din trecut în care doi sateliți au încercuit pământul conectat prin kilometri de cabluri. Multe dintre aceste misiuni au eșuat, deoarece din greșeală s-au acumulat tensiuni electrice mari, trolii de frânghie s-au blocat sau pentru că frânghiile s-au încurcat din cauza unor mici erori de producție. În plus, frânghiile se leagănă ușor pe orbită. Cu toate acestea, un lift spațial nu ar ajunge doar prin vid, ci și prin atmosferă, care o trage și de ea, de exemplu în timpul furtunilor tropicale. „Chiar și atunci când un lift pornește, trage de frânghie”, spune Huber. „Numai acest lucru permite vibrațiilor să se răspândească și să se acumuleze în continuare.”
O frânghie lungă de zeci de mii de kilometri ar trebui să se lupte cu alte probleme: la o altitudine de 200 până la 900 de kilometri ar trece printr-o zonă în care apare oxigenul atomic împărțit de radiația UV a soarelui, care oxidează materialele organice ca o frânghie din nanotuburi de carbon și s-ar descompune. Deșeurile spațiale ar putea distruge, de asemenea, frânghia - în special pe orbita cimitirului geostaționar: aceasta este o zonă delimitată și circulară deasupra orbitelor geostaționare în care sunt eliminați sateliții dezafectați - și pe care coarda orbitală ar trebui să o traverseze. În plus, există resturi spațiale care se învârt rapid pe orbite și micrometeoriți mai adânci care ar putea găuri în frânghie sau, în cel mai rău caz, să le distrugă.
Markus Landgraf, care are experiență în dinamica zborului, consideră că toate aceste probleme sunt în principiu rezolvabil: Dinamica unor astfel de frânghii a fost înțeleasă mult timp teoretic. Și proiectanții ar putea monta pur și simplu capătul inferior al frânghiei spațiale în așa fel încât să amortizeze vibrațiile cu mișcări contrare rotative. Cu astfel de vibrații induse în mod conștient, s-ar putea evita bucăți mai mari pe orbita Pământului, în timp ce găurile mai mici rupte ar trebui reparate. Deșeurile de pe orbita cimitirului ar fi oricum destul de lente în raport cu frânghia. Și frânghia ar trebui să fie acoperită pentru a se proteja împotriva radiațiilor și a oxigenului atomic. Această acoperire s-ar putea dezvolta chiar de la sine în mod natural: studiul NASA din 2000 presupune deja, pe baza experimentelor inițiale, că un strat oxidat s-ar dezvolta în exteriorul frânghiei, care servește drept protecție naturală pentru straturile mai adânci.
Vizionarul preferă să rămână tăcut
Numărul de probleme de rezolvat nu este mic; Susținătorii și scepticii, deopotrivă, sunt de acord că principalul obstacol în calea liftului spațial este materialul. Chiar și Elon Musk, a cărui companie spațială SpaceX are scopul oficial de a coloniza Marte, a scris pe Twitter în 2015: „Vă rog să nu mă întrebați despre ascensorul spațial înainte ca cineva să construiască o structură din nanotuburi de carbon care este mai lungă decât un pod pietonal”.
Și vă rog să nu mă întrebați despre lifturile spațiale până când cineva construiește cel puțin o structură de nanotuburi de carbon mai lungă decât o pasarelă
Un studiu realizat de Academia Internațională de Astronautică a estimat că timpul de dezvoltare pentru toroane atât de lungi de nanotuburi de carbon este de cel puțin 20 de ani - o extrapolare îndrăzneață în cercetarea de bază.
Markus Landgraf subliniază însă că nanotuburile de carbon nu sunt în prezent optimizate pentru a fi transformate în șiruri cât mai lungi posibil. Datorită cercetărilor din ultimii ani, acestea au devenit mai largi decât mai lungi. „Cât de repede poate fi realizat ascensorul depinde de direcția vizată a cercetării.” Și în afară de minusculele experimente CubeSat, majoritatea celorlalte obstacole tehnice pot fi deja testate cu un ascensor spațial real, de exemplu pe Lună, în care se află agențiile spațiale din întreaga lume. vreau să mă întorc pentru următoarele decenii. Aici pericolele din atmosferă și resturile spațiale sunt greu de prezentat; inginerii puteau deja testa dinamica unei frânghii lungi de mii de kilometri acolo netulburată. Un alt avantaj: pe lună, frânghia ar putea fi construită cu ușurință din Kevlar, un material care este deja disponibil.
Două texte similare au apărut recent pe Spektrum.de și Neue Zürcher Zeitung.
Înregistrați-vă aici - veți primi apoi referințe regulate la cele mai bune articole și informații despre reporterii spațiali.
„Distanțele mici sunt foarte riscante”
Pentru prima dată, patru sateliți urmează să orbiteze pământul în cerc. Zborul de formare nu este lipsit de pericol, dar deschide noi căi de observare a pământului. Șeful misiunii lucrează la această idee de 15 ani.
De ce un radar spațial german?
Tot mai mulți sateliți, rachete dezafectate și alte junk spațiale se înghesuie în cer - și devin un pericol. Pentru a le monitoriza, inginerii pun în funcțiune un nou radar spațial în apropiere de Koblenz. Dar, deocamdată, numai cercetătorii din Germania au voie să folosească datele. Timpul ar fi potrivit pentru un control european al traficului pe orbita Pământului.
Dosar: viitorul călătoriilor spațiale
Noi rachete, noi nave spațiale, noi ținte: călătoria spațială se schimbă în prezent mai rapid decât a fost în decenii. Cercetările noastre vă vor duce în acest nou tărâm.
Planeta fragilă
O colecție de citate de la călătorii spațiali poate ajuta la a vedea planeta noastră de origine cu ochi diferiți.
Astronauții încep din nou din America
Pentru prima dată în nouă ani, Statele Unite trimit astronauți chiar în ISS. Rămâne un mic moment de cotitură.
Fotografiile lui Hubble din 30 de ani
Telescopul Hubble a zburat în spațiu acum 30 de ani. Ne-a schimbat viziunea asupra cosmosului. Aceasta este alegerea noastră dintre cele mai importante.
Sonde de navigatie
Vele în spațiu sunt o idee veche, dar nu a funcționat de mult. Un mic satelit a arătat acum că funcționează. Când navigăm spre Jupiter?
Covid-19 în spațiu și astronomie
Pandemia afectează din ce în ce mai mult călătoriile spațiale, iar telescoapele mari trebuie să fie operate cu mai puțini angajați.
Fără cotă în spațiu?
NASA a numit la fel de multe femei ca bărbați ca noi astronauți din 2013. Agenția spațială europeană rămâne cu mult în urmă. Dar în curând urmează următoarea selecție.
Articol și podcast: Spațiul devine un câmp de luptă
Spațiul din apropierea Pământului a fost mult timp considerat o moștenire comună a umanității. Dar considerațiile strategice îl amenință din ce în ce mai mult. Sateliții devin din ce în ce mai mult o țintă.