เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างลิฟต์อวกาศ? งานวิจัย “ลิฟต์อวกาศ”

ปัจจุบัน ยานอวกาศสำรวจดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ แต่จรวดที่ใช้เชื้อเพลิงเคมียังคงเป็นวิธีการขับเคลื่อนที่มีราคาแพงและใช้พลังงานต่ำในการขับเคลื่อนน้ำหนักบรรทุกเกินแรงโน้มถ่วงของโลก เทคโนโลยีจรวดสมัยใหม่ได้เข้าถึงขีด จำกัด ของความสามารถที่กำหนดโดยธรรมชาติของปฏิกิริยาเคมีแล้ว มนุษยชาติถึงจุดจบทางเทคโนโลยีแล้วหรือยัง? ไม่เลย หากคุณลองมองแนวคิดเก่าๆ ของลิฟต์อวกาศ

ที่ต้นกำเนิด

บุคคลแรกที่คิดอย่างจริงจังเกี่ยวกับวิธีเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกโดยใช้ "การดึงขึ้น" คือหนึ่งในผู้พัฒนายานพาหนะไอพ่น Felix Zander แซนเดอร์เสนอทางเลือกตามหลักวิทยาศาสตร์สำหรับลิฟต์อวกาศสำหรับดวงจันทร์ ซึ่งแตกต่างจากนักฝันและนักประดิษฐ์บารอน Munchausen มีจุดหนึ่งบนเส้นทางระหว่างดวงจันทร์และโลกซึ่งแรงโน้มถ่วงของวัตถุเหล่านี้สมดุลกัน อยู่ห่างจากดวงจันทร์ 60,000 กม. เมื่อเข้าใกล้ดวงจันทร์มากขึ้น แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์จะแข็งแกร่งกว่าโลก และยิ่งไกลออกไปก็จะอ่อนกำลังลง ดังนั้น หากคุณเชื่อมต่อดวงจันทร์ด้วยสายเคเบิลกับดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่ เช่น ที่ระยะทาง 70,000 กม. จากดวงจันทร์ มีเพียงสายเคเบิลเท่านั้นที่จะป้องกันไม่ให้ดาวเคราะห์น้อยตกลงสู่โลก สายเคเบิลจะถูกยืดออกอย่างต่อเนื่องด้วยแรงโน้มถ่วงและเป็นไปได้ที่จะเพิ่มขึ้นจากพื้นผิวดวงจันทร์เกินขอบเขตแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ นี่เป็นแนวคิดที่ถูกต้องโดยสมบูรณ์ มันไม่ได้รับความสนใจเท่าที่สมควรในทันทีเพียงเพราะในสมัยของแซนเดอร์ไม่มีวัสดุใดที่สายเคเบิลจะไม่แตกหักด้วยน้ำหนักของมันเอง

“ในปี 1951 ศาสตราจารย์บัคมินสเตอร์ ฟูลเลอร์ได้พัฒนาสะพานวงแหวนลอยอิสระรอบเส้นศูนย์สูตรของโลก สิ่งที่จำเป็นในการทำให้แนวคิดนี้เป็นจริงก็คือลิฟต์อวกาศ แล้วเราจะได้มันเมื่อไหร่? ฉันไม่อยากเดา ดังนั้นฉันจะปรับคำตอบที่ Arthur Kantrowitz ให้เมื่อมีคนถามคำถามเกี่ยวกับระบบการยิงเลเซอร์ของเขา ลิฟต์อวกาศจะถูกสร้างขึ้น 50 ปีหลังจากที่ผู้คนหยุดหัวเราะกับแนวคิดนี้” (“ลิฟต์อวกาศ: การทดลองทางความคิดหรือกุญแจสู่จักรวาล?”, สุนทรพจน์ที่ XXX International Congress on Astronautics, มิวนิก, 20 กันยายน 1979)

ความคิดแรก

ความสำเร็จครั้งแรกของอวกาศได้ปลุกจินตนาการของผู้ที่ชื่นชอบอีกครั้ง ในปี 1960 ยูริ อาร์ซูตอนอฟ วิศวกรหนุ่มชาวโซเวียต ดึงความสนใจไปที่คุณลักษณะที่น่าสนใจของสิ่งที่เรียกว่าดาวเทียมค้างฟ้า (GSS) ดาวเทียมเหล่านี้อยู่ในวงโคจรเป็นวงกลมในระนาบของเส้นศูนย์สูตรของโลกพอดี และมีคาบการโคจรเท่ากับความยาวของวันโลก ดังนั้น ดาวเทียมค้างฟ้าจะลอยอยู่เหนือจุดเดียวกันบนเส้นศูนย์สูตรอย่างต่อเนื่อง Artsutanov เสนอให้เชื่อมต่อ GSS ด้วยสายเคเบิลไปยังจุดที่อยู่ด้านล่างบนเส้นศูนย์สูตรของโลก สายเคเบิลจะไม่นิ่งเมื่อเทียบกับโลกและความคิดในการเปิดตัวห้องโดยสารลิฟต์สู่อวกาศก็แนะนำตัวเองด้วย ความคิดอันสดใสนี้โดนใจใครหลายๆ คน นักเขียนชื่อดัง Arthur C. Clarke ยังเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง The Fountains of Paradise ซึ่งเนื้อเรื่องทั้งหมดเชื่อมโยงกับการก่อสร้างลิฟต์อวกาศ

ปัญหาลิฟต์

ปัจจุบันแนวคิดเรื่องลิฟต์อวกาศบน GSS กำลังถูกนำไปใช้ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นแล้ว และแม้แต่ผู้พัฒนาแนวคิดนี้ก็กำลังจัดการแข่งขันด้วย ความพยายามหลักของนักออกแบบมุ่งเป้าไปที่การค้นหาวัสดุที่ใช้สร้างสายเคเบิลยาว 40,000 กม. ซึ่งสามารถรองรับได้ไม่เพียงแต่น้ำหนักของตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงน้ำหนักของชิ้นส่วนโครงสร้างอื่น ๆ ด้วย เป็นเรื่องดีที่มีการคิดค้นสารที่เหมาะสมสำหรับสายเคเบิลขึ้นมาแล้ว เหล่านี้คือท่อนาโนคาร์บอน ความแข็งแกร่งของพวกมันสูงกว่าที่จำเป็นสำหรับลิฟต์อวกาศหลายเท่า แต่เรายังต้องเรียนรู้วิธีทำด้ายไร้ข้อบกพร่องจากท่อดังกล่าวที่มีความยาวนับหมื่นกิโลเมตร ไม่ต้องสงสัยเลยว่าปัญหาทางเทคนิคดังกล่าวจะได้รับการแก้ไขไม่ช้าก็เร็ว

จากโลกถึงวงโคจรโลกต่ำ สินค้าจะถูกขนส่งโดยจรวดเชื้อเพลิงเคมีแบบดั้งเดิม จากนั้น เรือลากจูงในวงโคจรจะปล่อยสินค้าลงบน "แท่นลิฟต์ชั้นล่าง" ซึ่งยึดไว้อย่างแน่นหนาด้วยสายเคเบิลที่ติดอยู่กับดวงจันทร์ ลิฟต์ขนส่งสินค้าไปยังดวงจันทร์ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเบรก (และตัวจรวดเอง) ในขั้นตอนสุดท้ายและระหว่างขึ้นจากดวงจันทร์ จึงช่วยประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก แต่แตกต่างจากที่อธิบายไว้ในบทความ การกำหนดค่านี้ซ้ำแนวคิดของแซนเดอร์และไม่ได้แก้ปัญหาในการเอาน้ำหนักบรรทุกออกจากโลกโดยรักษาเทคโนโลยีจรวดไว้สำหรับขั้นตอนนี้

ภารกิจที่สองและจริงจังในการสร้างลิฟต์อวกาศคือการพัฒนาเครื่องยนต์สำหรับลิฟต์และระบบจ่ายพลังงาน ท้ายที่สุดแล้ว ห้องโดยสารจะต้องปีนขึ้นไป 40,000 กม. โดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิงจนกว่าจะสิ้นสุดการปีน! ยังไม่มีใครทราบวิธีการบรรลุเป้าหมายนี้

ความสมดุลไม่เสถียร

แต่ความยากลำบากที่ใหญ่ที่สุดและผ่านไม่ได้สำหรับลิฟต์ไปยังดาวเทียมค้างฟ้านั้นเกี่ยวข้องกับกฎของกลศาสตร์ท้องฟ้า GSS อยู่ในวงโคจรที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากความสมดุลของแรงโน้มถ่วงและแรงเหวี่ยงเท่านั้น การละเมิดความสมดุลนี้จะทำให้ดาวเทียมเปลี่ยนวงโคจรและเคลื่อนตัวออกจาก "จุดยืน" แม้แต่ความไม่สอดคล้องกันเล็กๆ น้อยๆ ในสนามโน้มถ่วงของโลก แรงขึ้นน้ำลงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ และความกดดันของแสงแดด ยังนำไปสู่ความจริงที่ว่าดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้านั้นลอยอยู่ตลอดเวลา ไม่ต้องสงสัยเลยแม้แต่น้อยว่าภายใต้น้ำหนักของระบบลิฟต์ ดาวเทียมจะไม่สามารถอยู่ในวงโคจรค้างฟ้าและจะตกลงมาได้ อย่างไรก็ตาม มีภาพลวงตาว่ามีความเป็นไปได้ที่จะขยายสายโยงออกไปไกลกว่าวงโคจรค้างฟ้าและวางเครื่องถ่วงน้ำหนักขนาดใหญ่ไว้ที่ปลายสุดของมัน เมื่อมองแวบแรก แรงเหวี่ยงที่กระทำต่อน้ำหนักถ่วงที่แนบมาจะทำให้สายเคเบิลกระชับขึ้น ดังนั้นภาระเพิ่มเติมจากห้องโดยสารที่เคลื่อนที่ไปตามนั้นจะไม่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งของน้ำหนักถ่วงได้ และลิฟต์จะยังคงอยู่ในตำแหน่งทำงาน สิ่งนี้จะเป็นจริงหากใช้แกนแข็งและไม่โค้งงอแทนสายเคเบิลที่ยืดหยุ่น พลังงานของการหมุนของโลกจะถูกส่งผ่านแกนไปยังห้องโดยสาร และการเคลื่อนที่ของมันจะไม่ทำให้เกิดแรงด้านข้าง ที่ไม่ได้รับการชดเชยด้วยความตึงของสายเคเบิล และแรงนี้จะขัดขวางเสถียรภาพแบบไดนามิกของลิฟต์ใกล้โลกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้และมันจะพังทลายลง!

สนามเด็กเล่นสวรรค์

โชคดีสำหรับมนุษย์โลก ธรรมชาติมีทางออกที่ยอดเยี่ยมรอเราอยู่ นั่นคือดวงจันทร์ ดวงจันทร์ไม่เพียงแต่มีขนาดใหญ่มากจนไม่มีลิฟต์สามารถเคลื่อนที่ได้เท่านั้น แต่ยังอยู่ในวงโคจรเกือบเป็นวงกลมและในเวลาเดียวกันก็หันหน้าไปทางโลกด้วยด้านเดียวเสมอ! แนวคิดนี้เสนอแนะตัวเองว่า ให้ยืดลิฟต์ระหว่างโลกและดวงจันทร์ แต่ยึดสายเคเบิลลิฟต์ไว้บนดวงจันทร์ด้วยปลายด้านเดียว ปลายสายที่สองของสายเคเบิลสามารถลดระดับลงจนเกือบถึงพื้นโลกได้ และแรงโน้มถ่วงจะดึงมันเหมือนเชือกตามแนวเส้นที่เชื่อมระหว่างศูนย์กลางมวลของโลกและดวงจันทร์ คุณไม่สามารถปล่อยให้จุดสิ้นสุดที่ว่างเข้าถึงพื้นผิวโลกได้ ดาวเคราะห์ของเราหมุนรอบแกนของมันเนื่องจากปลายสายเคเบิลจะมีความเร็วประมาณ 400 เมตรต่อวินาทีเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลกนั่นคือเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วเสียง ไม่มีโครงสร้างใดที่สามารถต้านทานแรงต้านของอากาศได้ แต่ถ้าคุณลดรถลิฟต์ลงที่ความสูง 30-50 กม. ซึ่งอากาศค่อนข้างบริสุทธิ์ก็อาจละเลยความต้านทานได้ ความเร็วห้องโดยสารจะอยู่ที่ประมาณ 0.4 กม./วินาที และความเร็วนี้เข้าถึงได้ง่ายด้วยเครื่องบินสตราโตเพลนในระดับความสูงที่ทันสมัย โดยการบินขึ้นไปที่ห้องโดยสารลิฟต์และเทียบท่า (เทคนิคการเชื่อมต่อนี้ใช้กันมานานแล้วทั้งในการสร้างเครื่องบินเพื่อการเติมเชื้อเพลิงในเที่ยวบินและในยานอวกาศ) คุณสามารถเคลื่อนย้ายสินค้าจากด้านข้างของ stratoplane ไปยังห้องโดยสารหรือด้านหลังได้ . หลังจากนี้ ห้องโดยสารลิฟต์จะเริ่มขึ้นสู่ดวงจันทร์ และสตราโตเพลนจะกลับสู่โลก อย่างไรก็ตาม สินค้าที่จัดส่งจากดวงจันทร์สามารถหย่อนลงจากห้องโดยสารด้วยร่มชูชีพ และหยิบขึ้นมาอย่างปลอดภัยทั้งบนพื้นหรือในมหาสมุทร

หลีกเลี่ยงการชนกัน

ลิฟต์ที่เชื่อมต่อโลกและดวงจันทร์จะต้องแก้ปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่ง ในพื้นที่ใกล้โลกมียานอวกาศที่ใช้งานอยู่จำนวนมากและมีดาวเทียมที่ไม่ได้ใช้งานหลายพันดวง เศษชิ้นส่วนของพวกมันและเศษซากอวกาศอื่น ๆ การชนกันระหว่างลิฟต์กับลิฟท์อาจทำให้สายเคเบิลขาดได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ จึงเสนอให้สร้างสายเคเบิลส่วน "ล่าง" ยาว 60,000 กม. ยกขึ้นได้และนำออกจากโซนการเคลื่อนที่ของดาวเทียมโลกเมื่อไม่จำเป็น การติดตามตำแหน่งของวัตถุในอวกาศใกล้โลกค่อนข้างสามารถทำนายช่วงเวลาที่การเคลื่อนตัวของลิฟต์ในบริเวณนี้จะปลอดภัย

กว้านสำหรับลิฟต์อวกาศ

ลิฟต์อวกาศไปดวงจันทร์มีปัญหาร้ายแรง ห้องโดยสารของลิฟต์ทั่วไปเคลื่อนที่ด้วยความเร็วไม่เกินสองสามเมตรต่อวินาทีและด้วยความเร็วนี้แม้จะขึ้นไปสูง 100 กม. (สู่ขอบเขตล่างของอวกาศ) ก็ควรใช้เวลามากกว่าหนึ่งวัน แม้ว่าคุณจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดของรถไฟรางรถไฟที่ 200 กม./ชม. การเดินทางไปดวงจันทร์ก็จะใช้เวลาเกือบสามเดือน ลิฟต์ที่บินไปยังดวงจันทร์ได้เพียงสองเที่ยวต่อปีนั้นไม่น่าจะเป็นที่ต้องการ

หากคุณหุ้มสายเคเบิลด้วยฟิล์มตัวนำยิ่งยวดคุณจะสามารถเคลื่อนที่ไปตามสายเคเบิลบนเบาะแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสกับวัสดุ ในกรณีนี้จะสามารถเร่งความเร็วได้ครึ่งทางและเบรกห้องโดยสารได้ครึ่งทาง

การคำนวณอย่างง่ายแสดงให้เห็นว่าด้วยความเร่ง 1 กรัม (เทียบเท่ากับแรงโน้มถ่วงปกติบนโลก) การเดินทางไปดวงจันทร์ทั้งหมดจะใช้เวลาเพียง 3.5 ชั่วโมง กล่าวคือ ห้องโดยสารจะสามารถบินไปยังดวงจันทร์ได้สามเที่ยวบินทุกวัน . นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างแข็งขันในการสร้างตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง และสามารถคาดหวังลักษณะที่ปรากฏได้ในอนาคตอันใกล้

เพื่อทิ้งขยะ

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าในระหว่างการเดินทางครึ่งทาง ความเร็วห้องโดยสารจะสูงถึง 60 กม./วินาที หลังจากการเร่งความเร็ว หากน้ำหนักบรรทุกถูกปลดออกจากห้องโดยสาร แล้วด้วยความเร็วดังกล่าว จะสามารถนำทางไปยังจุดใดก็ได้ในระบบสุริยะ ไปยังจุดใดก็ได้ แม้แต่ดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลที่สุด ซึ่งหมายความว่าลิฟต์ไปยังดวงจันทร์จะสามารถให้บริการเที่ยวบินปลอดจรวดจากโลกภายในระบบสุริยะได้

และความเป็นไปได้ในการทิ้งขยะอันตรายจากโลกสู่ดวงอาทิตย์โดยใช้ลิฟต์จะเป็นเรื่องแปลกใหม่โดยสิ้นเชิง ดาวพื้นเมืองของเราเป็นเตานิวเคลียร์ที่ให้พลังงานซึ่งของเสียใดๆ แม้แต่สารกัมมันตภาพรังสีก็จะเผาไหม้อย่างไร้ร่องรอย ดังนั้นลิฟต์เต็มรูปแบบไปยังดวงจันทร์ไม่เพียงแต่จะกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการขยายอวกาศของมนุษยชาติเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีการทำความสะอาดโลกของเราจากความก้าวหน้าทางเทคนิคที่สูญเปล่าอีกด้วย

แนวคิดเรื่องลิฟต์อวกาศดึงดูดความสนใจของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลานาน และกลายเป็นหัวข้อของการศึกษาความเป็นไปได้จริงที่ดำเนินการโดย NASA และหน่วยงานอื่นๆ ในบรรดาวิศวกรอวกาศมีความเห็นว่านี่เป็นแนวคิดที่น่าสนใจมาก แต่ความซับซ้อนมหาศาลในการสร้างลิฟต์อวกาศนั้นอยู่นอกเหนือความสามารถของเทคโนโลยีและวัสดุในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยสองคน - นักคณิตศาสตร์และวิศวกรเครื่องกลจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในสหรัฐอเมริกา แนะนำว่าการสร้างลิฟต์ในอนาคตอันใกล้นี้ค่อนข้างเป็นไปได้ หากผู้สร้างใช้ความรู้จากชีววิทยา และหากพวกเขาสามารถสร้างบอทซ่อมแซมอัตโนมัติสำหรับโปรเจ็กต์ได้

“เรากำลังเสนอการออกแบบโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ทำมากกว่าแค่ทำให้ชิ้นส่วนเสียหาย แต่มันจะมีกลไกการรักษาตัวเองเพื่อทดแทนส่วนประกอบที่เสียหายด้วย” พวกเขาเขียน

"สิ่งนี้จะช่วยให้โครงสร้างสามารถทำงานได้ภายใต้ภาระที่สูงกว่ามากโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ซึ่งในทางกลับกัน จะทำให้โครงสร้างขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจากวัสดุที่มีอยู่เป็นจริง"

คุณอาจชอบบทความเหล่านี้:

(GSO) เนื่องจากแรงเหวี่ยง มันลอยขึ้นไปตามสายเคเบิลเพื่อบรรทุกน้ำหนักบรรทุก เมื่อเพิ่มขึ้น ภาระจะถูกเร่งขึ้นเนื่องจากการหมุนของโลก ซึ่งจะทำให้ถูกส่งออกไปนอกแรงโน้มถ่วงของโลกที่ระดับความสูงที่สูงพอสมควร

สายเคเบิลต้องการความต้านทานแรงดึงสูงมากรวมกับความหนาแน่นต่ำ ตามการคำนวณทางทฤษฎี ท่อนาโนคาร์บอนดูเหมือนจะเป็นวัสดุที่เหมาะสม หากเราถือว่าความเหมาะสมสำหรับการผลิตสายเคเบิล การสร้างลิฟต์อวกาศถือเป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่แก้ไขได้ แม้ว่าจะต้องใช้การพัฒนาขั้นสูงและก็ตาม การสร้างลิฟต์มีมูลค่าประมาณ 7-12 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ NASA ได้ให้ทุนสนับสนุนการพัฒนาที่เกี่ยวข้องที่สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์อเมริกัน ซึ่งรวมถึงการพัฒนาลิฟต์ที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามสายเคเบิล

ออกแบบ

มีตัวเลือกการออกแบบหลายแบบ เกือบทั้งหมดประกอบด้วยฐาน (ฐาน) สายเคเบิล (เคเบิล) ลิฟต์ และเครื่องถ่วงน้ำหนัก

ฐาน

ฐานของลิฟต์อวกาศคือสถานที่บนพื้นผิวโลกที่มีการต่อสายเคเบิลและเริ่มการยกสินค้า มันสามารถเคลื่อนที่ได้ โดยวางไว้บนเรือเดินทะเล

ข้อดีของฐานที่เคลื่อนย้ายได้คือความสามารถในการซ้อมรบเพื่อหลบเลี่ยงพายุเฮอริเคนและพายุ ข้อดีของฐานที่อยู่กับที่คือแหล่งพลังงานที่ถูกกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่า รวมถึงความสามารถในการลดความยาวของสายเคเบิลด้วย ความแตกต่างของสายโยงไม่กี่กิโลเมตรนั้นค่อนข้างน้อย แต่สามารถช่วยลดความหนาที่ต้องการของส่วนตรงกลางและความยาวของส่วนที่ยื่นเลยวงโคจรค้างฟ้าได้

เคเบิล

สายเคเบิลจะต้องทำจากวัสดุที่มีความต้านทานแรงดึงสูงมากต่ออัตราส่วนความถ่วงจำเพาะ ลิฟต์อวกาศจะมีความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจหากสามารถผลิตสายเคเบิลที่มีความหนาแน่นเทียบเท่ากับกราไฟท์และมีความแข็งแรงประมาณ 65-120 กิกะปาสคาลในระดับอุตสาหกรรมในราคาที่สมเหตุสมผล

สำหรับการเปรียบเทียบ ความแข็งแรงของเหล็กส่วนใหญ่จะอยู่ที่ประมาณ 1 GPa และแม้แต่ประเภทที่แข็งแกร่งที่สุดก็ยังไม่เกิน 5 GPa และเหล็กก็มีน้ำหนักมาก เคฟล่าร์ที่เบากว่ามากมีความแข็งแกร่งในช่วง 2.6-4.1 GPa และเส้นใยควอตซ์มีความแข็งแกร่งสูงถึง 20 GPa ขึ้นไป ความแข็งแรงทางทฤษฎีของเส้นใยเพชรอาจจะน้อย [นานแค่ไหน?] สูงกว่า

เทคโนโลยีการทอเส้นใยดังกล่าวยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนกล่าวไว้ แม้แต่ท่อนาโนคาร์บอนก็ไม่เคยแข็งแรงพอที่จะสร้างสายเคเบิลลิฟต์อวกาศได้

การทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิดนีย์ทำให้สามารถสร้างกระดาษกราฟีนได้ การทดสอบตัวอย่างเป็นเรื่องที่น่ายินดี: ความหนาแน่นของวัสดุต่ำกว่าเหล็กกล้าห้าถึงหกเท่า ในขณะที่ความต้านทานแรงดึงสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนสิบเท่า ในเวลาเดียวกัน กราฟีนเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่ดี ซึ่งช่วยให้สามารถนำไปใช้ในการส่งพลังงานไปยังลิฟต์ ในลักษณะบัสสัมผัสได้

ทำให้สายเคเบิลหนาขึ้น

ลิฟต์อวกาศต้องรองรับน้ำหนักของตัวเองเป็นอย่างน้อย ซึ่งถือว่ามากเนื่องจากความยาวของสายเคเบิล การทำให้หนาขึ้นในด้านหนึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงของสายเคเบิล อีกด้านหนึ่งจะเพิ่มน้ำหนัก ดังนั้นจึงเพิ่มความแข็งแกร่งตามที่ต้องการ น้ำหนักบรรทุกจะแตกต่างกันไปในแต่ละตำแหน่ง: ในบางกรณี ส่วนหนึ่งของสายโยงจะต้องรองรับน้ำหนักของส่วนด้านล่าง ในกรณีอื่นๆ จะต้องทนทานต่อแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่ยึดส่วนบนของสายโยงไว้ในวงโคจร เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขนี้และเพื่อให้ได้สายเคเบิลที่เหมาะสมที่สุดในแต่ละจุด ความหนาของสายเคเบิลจะแปรผัน

แสดงให้เห็นว่าเมื่อคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงและแรงเหวี่ยงของโลก (แต่ไม่คำนึงถึงอิทธิพลที่น้อยกว่าของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์) ส่วนตัดขวางของสายเคเบิลขึ้นอยู่กับความสูงจะอธิบายได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

นี่คือพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลตามฟังก์ชันของระยะห่างจาก ศูนย์โลก.

สูตรใช้ค่าคงที่ต่อไปนี้:

สมการนี้อธิบายสายโยงซึ่งมีความหนาเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณก่อน จากนั้นการเติบโตจะช้าลงที่ระดับความสูงหลายรัศมีโลก และจากนั้นจะคงที่ และในที่สุดก็ถึงวงโคจรค้างฟ้า หลังจากนั้นความหนาก็เริ่มลดลงอีกครั้ง

ดังนั้น อัตราส่วนของพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลที่ฐานและที่ GSO ( ร= 42,164 กม.) คือ:

เมื่อทดแทนความหนาแน่นและความแข็งแรงของเหล็กและเส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิลที่ระดับพื้นดิน 1 ซม. เราจะได้เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระดับ GSO หลายร้อยกิโลเมตรซึ่งหมายความว่าเหล็กและวัสดุอื่น ๆ ที่คุ้นเคยไม่เหมาะสำหรับการสร้าง ลิฟต์.

ตามมาว่ามีสี่วิธีในการบรรลุความหนาของสายเคเบิลที่เหมาะสมมากขึ้นที่ระดับ GSO:

อีกวิธีหนึ่งคือการทำให้ฐานลิฟต์สามารถเคลื่อนย้ายได้ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 100 ม./วินาที จะทำให้ความเร็ววงกลมเพิ่มขึ้น 20% และลดความยาวของสายเคเบิลลง 20-25% ซึ่งจะทำให้เบาลง 50 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น หากคุณ "ทอดสมอ" สายเคเบิลบนเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงหรือรถไฟ การเพิ่มขึ้นของมวลสายเคเบิลจะไม่ถูกวัดเป็นเปอร์เซ็นต์อีกต่อไป แต่ในหลายสิบครั้ง (แต่การสูญเสียเนื่องจากแรงต้านอากาศจะไม่ถูกนำมาพิจารณา)

ถ่วง

เครื่องถ่วงน้ำหนักสามารถสร้างได้สองวิธี - โดยการผูกวัตถุที่มีน้ำหนักมาก (เช่น ดาวเคราะห์น้อย การตั้งถิ่นฐานในอวกาศ หรืออู่อวกาศ) ให้พ้นวงโคจรค้างฟ้า หรือโดยการขยายสายโยงออกไปเป็นระยะทางที่สำคัญนอกเหนือจากวงโคจรค้างฟ้า ตัวเลือกที่สองได้รับความนิยมมากขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากใช้งานได้ง่ายกว่าและนอกจากนี้การปล่อยโหลดไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นจากปลายสายเคเบิลยาวได้ง่ายกว่าเนื่องจากมีความเร็วที่สำคัญสัมพันธ์กับโลก

โมเมนตัมเชิงมุม ความเร็ว และการเอียง

ความเร็วแนวนอนของแต่ละส่วนของสายเคเบิลจะเพิ่มขึ้นตามความสูงตามสัดส่วนของระยะห่างถึงจุดศูนย์กลางของโลก ซึ่งถึงความเร็วหลุดแรกในวงโคจรค้างฟ้า ดังนั้นเมื่อยกของหนักเขาจะต้องได้รับโมเมนตัมเชิงมุมเพิ่มเติม (ความเร็วแนวนอน)

โมเมนตัมเชิงมุมได้มาจากการหมุนของโลก ในตอนแรก ลิฟต์จะเคลื่อนที่ช้ากว่าสายเคเบิลเล็กน้อย (เอฟเฟกต์โบลิทาร์) ซึ่งจะทำให้สายเคเบิล "ช้าลง" และเบี่ยงไปทางทิศตะวันตกเล็กน้อย ที่ความเร็ว 200 กม./ชม. สายเคเบิลจะเอียง 1 องศา องค์ประกอบความตึงเครียดในแนวนอนในสายเคเบิลที่ไม่ใช่แนวตั้งจะดึงโหลดไปด้านข้างโดยเร่งไปในทิศทางทิศตะวันออก (ดูแผนภาพ) - ด้วยเหตุนี้ลิฟต์จึงได้รับความเร็วเพิ่มเติม ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน สายเคเบิลจะทำให้โลกช้าลงเล็กน้อย

ในเวลาเดียวกัน อิทธิพลของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ทำให้สายเคเบิลกลับสู่ตำแหน่งแนวตั้งที่มีพลัง เพื่อที่จะอยู่ในสภาวะสมดุลที่มั่นคง หากจุดศูนย์ถ่วงของลิฟต์อยู่เหนือวงโคจรค้างฟ้าเสมอ ไม่ว่าลิฟต์จะมีความเร็วเท่าใดก็ตาม ลิฟต์จะไม่ตก

เมื่อถึงเวลาที่สินค้าไปถึง GEO โมเมนตัมเชิงมุม (ความเร็วแนวนอน) ก็เพียงพอแล้วที่จะปล่อยสินค้าขึ้นสู่วงโคจร

เมื่อลดโหลดลงจะเกิดกระบวนการย้อนกลับโดยเอียงสายเคเบิลไปทางทิศตะวันออก

เปิดตัวสู่อวกาศ

ที่ปลายสายเคเบิลที่ระดับความสูง 144,000 กม. องค์ประกอบในวงสัมผัสของความเร็วจะอยู่ที่ 10.93 กม./วินาที ซึ่งมากเกินพอที่จะออกจากสนามโน้มถ่วงของโลกและส่งเรือไปยังดาวเสาร์ หากวัตถุได้รับอนุญาตให้เลื่อนอย่างอิสระไปตามด้านบนของสายโยง มันก็จะมีความเร็วเพียงพอที่จะหลุดออกจากระบบสุริยะได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมดของสายเคเบิล (และโลก) เป็นความเร็วของวัตถุที่ปล่อยออกมา

เพื่อให้บรรลุความเร็วที่มากยิ่งขึ้น คุณสามารถยืดสายเคเบิลให้ยาวขึ้นหรือเร่งโหลดโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า

การก่อสร้าง

การก่อสร้างดำเนินการจากสถานีค้างฟ้า นี่เป็นสถานที่เดียวที่ยานอวกาศสามารถลงจอดได้ ปลายด้านหนึ่งตกลงสู่พื้นผิวโลกซึ่งถูกยืดออกด้วยแรงโน้มถ่วง อีกประการหนึ่งสำหรับการทรงตัวอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามโดยถูกดึงด้วยแรงเหวี่ยง ซึ่งหมายความว่าวัสดุก่อสร้างทั้งหมดจะต้องถูกยกขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้าด้วยวิธีดั้งเดิม โดยไม่คำนึงถึงปลายทางของสินค้า นั่นคือค่าใช้จ่ายในการยกลิฟต์อวกาศทั้งหมดขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้าคือราคาขั้นต่ำของโครงการ

ประหยัดจากการใช้ลิฟต์อวกาศ

คาดว่าลิฟต์อวกาศจะช่วยลดต้นทุนในการส่งสินค้าขึ้นสู่อวกาศได้อย่างมาก ลิฟต์อวกาศมีราคาแพงในการสร้าง แต่ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ ดังนั้นจึงเหมาะที่สุดที่จะใช้ในระยะเวลานานสำหรับสินค้าปริมาณมาก ในปัจจุบัน ตลาดสำหรับการปล่อยโหลดอาจไม่ใหญ่พอที่จะสร้างลิฟต์ได้ แต่ราคาที่ลดลงอย่างมากน่าจะนำไปสู่ความหลากหลายของการบรรทุกมากขึ้น โครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่งอื่นๆ เช่น ทางหลวงและทางรถไฟ ก็ให้เหตุผลในแนวทางเดียวกัน

ยังไม่มีคำตอบสำหรับคำถามว่าลิฟต์อวกาศจะคืนเงินที่ลงทุนไปหรือไม่หรือจะดีกว่าหากลงทุนในการพัฒนาเทคโนโลยีจรวดต่อไป

เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับขีดจำกัดของจำนวนดาวเทียมรีเลย์ในวงโคจรค้างฟ้า: ปัจจุบันข้อตกลงระหว่างประเทศอนุญาตให้มีดาวเทียม 360 ดวง - หนึ่งรีเลย์ต่อองศาเชิงมุมเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนเมื่อออกอากาศในย่านความถี่ K u สำหรับความถี่ C จำนวนดาวเทียมจะถูกจำกัดไว้ที่ 180

เหตุการณ์นี้อธิบายถึงความล้มเหลวเชิงพาณิชย์ที่แท้จริงของโครงการ เนื่องจากต้นทุนทางการเงินหลักขององค์กรพัฒนาเอกชนมุ่งเน้นไปที่ดาวเทียมถ่ายทอดที่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้า (โทรทัศน์ การสื่อสาร) หรือวงโคจรต่ำ (ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก การสังเกตทรัพยากรธรรมชาติ ฯลฯ ) .

อย่างไรก็ตาม ลิฟต์สามารถเป็นโครงการแบบผสมผสานได้ และนอกเหนือจากหน้าที่ในการขนส่งสินค้าขึ้นสู่วงโคจรแล้ว ยังคงเป็นฐานสำหรับโครงการวิจัยและเชิงพาณิชย์อื่นๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการขนส่ง

ความสำเร็จ

ตั้งแต่ปี 2548 การแข่งขัน Space Lift Games ประจำปีได้จัดขึ้นในสหรัฐอเมริกา ซึ่งจัดโดยมูลนิธิ Spaceward Foundation โดยได้รับการสนับสนุนจาก NASA การแข่งขันมีสองประเภท: "สายเคเบิลที่ดีที่สุด" และ "หุ่นยนต์ที่ดีที่สุด (ลิฟต์)"

ในการแข่งขันยกหุ่นยนต์จะต้องเอาชนะระยะทางที่กำหนดโดยปีนสายเคเบิลแนวตั้งด้วยความเร็วไม่ต่ำกว่าที่กำหนดโดยกฎ (ในการแข่งขันปี 2550 มาตรฐานมีดังนี้: ความยาวสายเคเบิล - 100 ม. ความเร็วขั้นต่ำ - 2 นางสาว). ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดของปี 2550 คือการครอบคลุมระยะทาง 100 ม. ด้วยความเร็วเฉลี่ย 1.8 ม./วินาที

เงินรางวัลรวมสำหรับการแข่งขัน Space Lift Games ในปี 2552 อยู่ที่ 4 ล้านดอลลาร์

ในการแข่งขันความแข็งแรงของเชือก ผู้เข้าร่วมจะต้องจัดเตรียมห่วงยาว 2 เมตรที่ทำจากวัสดุสำหรับงานหนักซึ่งมีน้ำหนักไม่เกิน 2 กรัม ซึ่งจะมีการทดสอบการติดตั้งแบบพิเศษสำหรับการแตกหัก หากต้องการชนะการแข่งขัน ความแข็งแรงของสายเคเบิลจะต้องมากกว่าตัวอย่างที่มีอยู่แล้วใน NASA อย่างน้อย 50% จนถึงตอนนี้ ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดคือสายเคเบิลที่รับน้ำหนักได้มากถึง 0.72 ตัน

การแข่งขันไม่รวมถึง Liftport Group ซึ่งได้รับความอื้อฉาวจากการอ้างว่าเปิดตัวลิฟต์อวกาศในปี 2561 (ต่อมาถูกผลักดันกลับไปเป็นปี 2574) Liftport ดำเนินการทดลองของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ในปี 2549 ลิฟต์หุ่นยนต์ได้ปีนขึ้นไปบนเชือกที่แข็งแรงซึ่งขึงด้วยลูกโป่งช่วย จากระยะทางหนึ่งกิโลเมตรครึ่ง ลิฟต์สามารถครอบคลุมได้เพียง 460 เมตร ในเดือนสิงหาคม-กันยายน 2555 บริษัทได้เปิดตัวโครงการเพื่อระดมทุนสำหรับการทดลองใหม่ด้วยการยกบนเว็บไซต์ Kickstarter มีการวางแผนที่จะยกหุ่นยนต์ 2 กิโลเมตรขึ้นไป ขึ้นอยู่กับปริมาณที่รวบรวมได้

ในการแข่งขัน Space Lift Games ตั้งแต่วันที่ 4 พฤศจิกายนถึง 6 พฤศจิกายน พ.ศ. 2552 การแข่งขันที่จัดโดย Spaceward Foundation และ NASA จัดขึ้นที่แคลิฟอร์เนียตอนใต้ ที่ศูนย์วิจัยการบินดรายเดน ภายในขอบเขตของฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์อันโด่งดัง ความยาวทดสอบของสายเคเบิลคือ 900 เมตร เคเบิลถูกยกโดยใช้เฮลิคอปเตอร์ LaserMotive เป็นผู้นำ ซึ่งนำเสนอลิฟต์ด้วยความเร็ว 3.95 ม./วินาที ซึ่งใกล้เคียงกับความเร็วที่ต้องการมาก ลิฟต์ครอบคลุมความยาวทั้งหมดของสายเคเบิลภายใน 3 นาที 49 วินาที ลิฟต์บรรทุกน้ำหนักได้ 0.4 กก. -

โครงการที่คล้ายกัน

ลิฟต์อวกาศไม่ใช่โครงการเดียวที่ใช้สายโยงเพื่อส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร โครงการหนึ่งคือ Orbital Skyhook Skyhook ใช้สายโยงซึ่งไม่นานมากเมื่อเทียบกับลิฟต์อวกาศซึ่งอยู่ในวงโคจรโลกต่ำและหมุนรอบส่วนตรงกลางอย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้ปลายด้านหนึ่งของสายเคเบิลจึงเคลื่อนที่สัมพันธ์กับโลกด้วยความเร็วที่ค่อนข้างต่ำและสามารถระงับโหลดจากเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงได้ ในขณะเดียวกัน การออกแบบ Skyhook ก็ทำงานเหมือนกับมู่เล่ขนาดยักษ์ ซึ่งเป็นตัวสะสมแรงบิดและพลังงานจลน์ ข้อดีของโครงการ Skyhook คือความเป็นไปได้ในการใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ ข้อเสียคือ Skyhook ใช้พลังงานจากการเคลื่อนที่ในการปล่อยดาวเทียม และพลังงานนี้จะต้องได้รับการเติมใหม่ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง

ลิฟต์อวกาศในงานต่างๆ

ในภาพยนตร์สหภาพโซเวียตปี 1972 เรื่อง Petka in Space ตัวละครหลักได้ประดิษฐ์ลิฟต์อวกาศ
ผลงานอันโด่งดังชิ้นหนึ่งของ Arthur C. Clarke เรื่อง The Fountains of Heaven มีพื้นฐานมาจากแนวคิดเรื่องลิฟต์อวกาศ นอกจากนี้ ลิฟต์อวกาศยังปรากฏในส่วนสุดท้ายของ Tetralogy อันโด่งดังของเขา A Space Odyssey (3001: The Last Odyssey)
ใน Star Trek: Voyager ตอนที่ 3x19 "Rise" ลิฟต์อวกาศช่วยให้ลูกเรือหลบหนีออกจากดาวเคราะห์ที่มีบรรยากาศอันตราย
Civilization IV มีลิฟต์อวกาศ ที่นั่นเขาเป็นหนึ่งใน "ปาฏิหาริย์อันยิ่งใหญ่" ในเวลาต่อมา
นวนิยายวิทยาศาสตร์ของ Timothy Zahn Spinneret (1985) กล่าวถึงดาวเคราะห์ที่สามารถผลิตซูเปอร์ไฟเบอร์ได้ เผ่าพันธุ์หนึ่งที่สนใจโลกใบนี้ ต้องการเส้นใยนี้สำหรับสร้างลิฟต์อวกาศโดยเฉพาะ
ในนิยายวิทยาศาสตร์ของ Frank Schätzing เรื่อง Limit ลิฟต์อวกาศทำหน้าที่เป็นจุดศูนย์กลางของการวางอุบายทางการเมืองในอนาคตอันใกล้นี้
ในวรรณกรรมของ Sergei Lukyanenko เรื่อง "Stars are Cold Toys" หนึ่งในอารยธรรมนอกโลกในกระบวนการค้าขายระหว่างดวงดาวได้ส่งเส้นด้ายสำหรับงานหนักมายังโลกซึ่งสามารถนำมาใช้สร้างลิฟต์อวกาศได้ แต่อารยธรรมนอกโลกยืนกรานว่าจะใช้พวกมันตามจุดประสงค์ที่ตั้งใจไว้โดยเฉพาะ - เพื่อช่วยในระหว่างการคลอดบุตร
ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง “Destined to Victory” โดย J. Scalzi (อังกฤษ. สกัลซี, จอห์น. สงครามชายชรา) ระบบลิฟต์อวกาศมีการใช้งานอย่างแข็งขันบนโลก อาณานิคมบนบกจำนวนมาก และดาวเคราะห์บางดวงที่มีเผ่าพันธุ์อัจฉริยะที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงอื่น ๆ เพื่อการสื่อสารกับท่าเทียบเรือของเรือระหว่างดวงดาว
ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Tomorrow Will Be Eternity โดย Alexander Gromov โครงเรื่องสร้างขึ้นจากข้อเท็จจริงของการมีอยู่ของลิฟต์อวกาศ มีอุปกรณ์สองเครื่อง - แหล่งกำเนิดและตัวรับสัญญาณซึ่งใช้ "ลำแสงพลังงาน" สามารถยก "ห้องโดยสาร" ของลิฟต์ขึ้นสู่วงโคจรได้
นวนิยายวิทยาศาสตร์ของ Alastair Reynolds เรื่อง "Abyss City" ให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างและการทำงานของลิฟต์อวกาศ และอธิบายกระบวนการทำลายล้าง (อันเป็นผลมาจากการโจมตีของผู้ก่อการร้าย)
Strata นวนิยายวิทยาศาสตร์ของ Terry Pratchett นำเสนอ Line ซึ่งเป็นโมเลกุลประดิษฐ์ที่ยาวมากซึ่งใช้เป็นลิฟต์อวกาศ
กล่าวถึงในเพลงของกลุ่ม Zvuki Mu “Elevator to Heaven”
ในช่วงเริ่มต้นของเกม Sonic Colours คุณสามารถเห็น Sonic และ Tails ขึ้นลิฟต์อวกาศเพื่อไปยัง Dr. Eggman's Park
ในหนังสือของ Alexander Zorich เรื่อง "Somnambulist 2" จากซีรีส์ Ethnogenesis ตัวละครหลัก Matvey Gumilyov (หลังจากปลูกฝังบุคลิกตัวแทน - Maskim Verkhovtsev นักบินส่วนตัวของสหาย Alpha หัวหน้าของ "Star Fighters") เดินทางในลิฟต์วงโคจร
ในเรื่อง "The Serpent" โดยนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ Alexander Gromov ตัวละครใช้ลิฟต์อวกาศ "ระหว่างทาง" จากดวงจันทร์สู่โลก
ในนิยายวิทยาศาสตร์ชุดของ George R.R. Martin เรื่อง The Travels of Tuf บนดาวเคราะห์ S'atlem ลิฟต์วงโคจรนำไปสู่ดาวเคราะห์น้อยที่ถูกสร้างขึ้นเหมือนท่าอวกาศ

ในมังงะและอะนิเมะ

ในตอนที่สามของอนิเมะเรื่อง Edo Cyber City มีการใช้ลิฟต์อวกาศเพื่อขึ้นไปยังธนาคารแช่แข็งในวงโคจร
Battle Angel มีลิฟต์อวกาศไซโคลเปียน ที่ปลายด้านหนึ่งคือเมืองลอยฟ้าแห่งซาเลม (สำหรับพลเมือง) พร้อมด้วยเมืองชั้นล่าง (สำหรับผู้ที่ไม่ใช่พลเมือง) และอีกด้านหนึ่งคือเมืองอวกาศแห่งเยรู โครงสร้างที่คล้ายกันนี้ตั้งอยู่อีกด้านหนึ่งของโลก
ในอนิเมะ Mobile Suit Gundam 00 มีลิฟต์อวกาศสามตัว โดยมีวงแหวนแผงโซลาร์ติดอยู่ด้วย ซึ่งช่วยให้ลิฟต์อวกาศสามารถผลิตไฟฟ้าได้
ในอะนิเมะ Z.O.E. โดโลเรสมีลิฟต์อวกาศและยังแสดงให้เห็นสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในกรณีที่มีการโจมตีของผู้ก่อการร้าย
ลิฟต์อวกาศถูกกล่าวถึงในซีรีส์อนิเมะเรื่อง Trinity Blood ซึ่งยานอวกาศ Arc ทำหน้าที่เป็นเครื่องถ่วงน้ำหนัก

ดูสิ่งนี้ด้วย

ลิฟต์อวกาศ: 2010 (ภาษาอังกฤษ)ภาษารัสเซีย

หมายเหตุ

วรรณกรรม

Yuri Artsutanov "สู่อวกาศ - บนหัวรถจักรไฟฟ้า" หนังสือพิมพ์ "Komsomolskaya Pravda" ลงวันที่ 31 กรกฎาคม 2503
Alexander Bolonkin “การปล่อยและการบินในอวกาศที่ไม่ใช่จรวด”, Elsevier, 2006, 488 pgs

ฉันแค่มองผ่านปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ให้รางวัลมากมายและบังเอิญเจอปัญหาแปลกๆ นี้ นั่นคือการขึงสายเคเบิลขึ้นสู่อวกาศ

เป็นครั้งแรกที่ความคิดสมมุติฐานในการสร้างโครงสร้างดังกล่าวซึ่งจะขึ้นอยู่กับการใช้สายเคเบิลที่ทอดยาวจากพื้นผิวของดาวเคราะห์ไปยังสถานีวงโคจรนั้นแสดงออกมาในปี พ.ศ. 2438 โดย Konstantin Tsiolkovsky ตั้งแต่นั้นมา แม้ว่าความสำเร็จด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทั้งหมดจะดำเนินไป แต่โครงการนี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนของแนวคิดเท่านั้น

เงินรางวัลสำหรับโครงการนี้เท่าไหร่?

นั่นคือเพื่อที่จะรับโบนัส คุณไม่จำเป็นต้องสร้างลิฟต์พื้นที่ทำงานเต็มที่ การพัฒนาแนวคิดสำหรับสายเคเบิลที่เหมาะสมหรือลิฟต์ที่เหมาะสมและสร้างต้นแบบก็เพียงพอแล้ว ในปี 2009 เงินรางวัลรวมของ Space Lift Games อยู่ที่ 4,000,000 ดอลลาร์

เหตุใดจึงมีความสนใจในวิธีการพิเศษในการขึ้นสู่อวกาศเช่นนี้? คุณนึกถึงของราคาถูกได้ไหม? แต่การบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อน การยกสายเคเบิล การกำจัดหน้าผา อาจมีราคาแพงกว่าการปล่อยจรวด สายเคเบิลดังกล่าวสามารถยกมวลได้เท่าใด? ฉันคิดว่ามันไม่มากนัก และต้องคำนึงถึงต้นทุนด้านพลังงานด้วย

สิ่งเหล่านี้เป็นแนวคิดที่ยังคงอยู่ในใจของนักวิจัยและนักออกแบบเกี่ยวกับ ELEVATOR TO SPACE

ลิฟต์ที่สามารถขนส่งผู้คนและสินค้าจากพื้นผิวโลกสู่อวกาศอาจหมายถึงการสิ้นสุดของจรวดที่สร้างมลภาวะในอวกาศ แต่การสร้างลิฟต์แบบนี้เป็นเรื่องยากมาก แนวคิดของลิฟต์อวกาศเป็นที่รู้จักมานานแล้วและได้รับการแนะนำโดย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky แต่ตั้งแต่นั้นมาเราก็ไม่ได้เข้าใกล้การนำกลไกดังกล่าวไปใช้จริงเลยแม้แต่น้อย Elon Musk เพิ่งทวีตว่า "และโปรดอย่าถามคำถามฉันเกี่ยวกับลิฟต์อวกาศ จนกว่าเราจะสร้างวัสดุท่อนาโนคาร์บอนที่มีความยาวอย่างน้อยหนึ่งเมตร"

Elon Musk ถือเป็นผู้มีวิสัยทัศน์แห่งยุคของเรา - ผู้บุกเบิกการสำรวจอวกาศส่วนตัวและผู้อยู่เบื้องหลังแนวคิดของระบบขนส่ง Hyperloop ที่สามารถขนส่งผู้คนจากลอสแองเจลิสไปยังซานฟรานซิสโกผ่านท่อโลหะในเวลาเพียง 35 นาที แต่มีความคิดบางอย่างที่แม้แต่เขาก็ยังคิดว่าลึกซึ้งเกินไป รวมถึงลิฟต์อวกาศ

“มันยากอย่างไม่น่าเชื่อ ฉันไม่คิดว่าการสร้างลิฟต์อวกาศเป็นแนวคิดที่สมจริง” มัสก์กล่าวในการประชุมที่ MIT เมื่อเดือนตุลาคมปีที่แล้ว พร้อมเสริมว่าการสร้างสะพานจากลอสแอนเจลิสไปยังโตเกียวจะง่ายกว่าลิฟต์ที่สามารถขนวัสดุขึ้นสู่อวกาศได้

การส่งผู้คนและน้ำหนักบรรทุกไปยังอวกาศในแคปซูลที่ลากไปตามสายเคเบิลขนาดยักษ์ที่ยึดไว้ตามการหมุนของโลกนั้นถูกบรรยายไว้ในผลงานของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์อย่าง Arthur C. Clarke แต่ไม่น่าจะเป็นไปได้ในโลกแห่งความเป็นจริง ปรากฎว่าเรากำลังหลอกตัวเองและความสามารถของเราไม่เพียงพอที่จะแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนนี้ใช่ไหม

ผู้เสนอลิฟต์อวกาศคิดว่าเพียงพอแล้ว พวกเขามองว่าจรวดเคมีนั้นล้าสมัย มีความเสี่ยง สร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นท่อระบายทางการเงิน ทางเลือกอื่นของพวกเขาคือเส้นทางรถไฟสู่อวกาศ: ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่จากจุดยึดบนโลกบนสายโยงสำหรับงานหนักที่เชื่อมต่อกับเครื่องถ่วงน้ำหนักในวงโคจรค้างฟ้ารอบโลก เมื่อดำเนินการแล้ว ลิฟต์อวกาศสามารถบรรทุกสิ่งของขึ้นสู่อวกาศได้ในราคาเพียง 500 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม เทียบกับ 20,000 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมในอัตราปัจจุบัน

“เทคโนโลยีที่ทรงพลังอย่างน่าอัศจรรย์นี้สามารถเปิดระบบสุริยะให้กับมนุษยชาติได้” ปีเตอร์ สวอน ประธานสมาคมลิฟต์อวกาศนานาชาติกล่าว “ผมคิดว่าลิฟต์ตัวแรกจะเป็นหุ่นยนต์ และในอีก 10-15 ปีข้างหน้า เราจะสร้างลิฟต์ 6-8 ตัวที่ปลอดภัยพอที่จะบรรทุกคนได้”

น่าเสียดายที่โครงสร้างดังกล่าวไม่เพียงต้องมีความยาว 100,000 กิโลเมตรเท่านั้น หรือมากกว่าสองเท่าของเส้นรอบวงโลก แต่ยังต้องรองรับน้ำหนักของมันเองด้วย จนถึงขณะนี้ยังไม่มีวัตถุบนโลกที่มีคุณสมบัติดังกล่าว

แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าสามารถทำได้ และจะกลายเป็นความจริงภายในศตวรรษนี้ บริษัทก่อสร้างขนาดใหญ่ของญี่ปุ่น สัญญาว่าจะสร้างมันขึ้นมาภายในปี 2593ปี. นักวิจัยชาวอเมริกันซึ่งเพิ่งพัฒนาวัสดุคล้ายเพชรที่ทำจากเส้นใยนาโน ก็เชื่อเช่นกันว่าสายเคเบิลสำหรับลิฟต์อวกาศจะปรากฏขึ้นก่อนสิ้นศตวรรษ

การออกแบบโครงสร้างที่น่าทึ่งดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับสายเคเบิลพิเศษที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนที่บางและแข็งแรงเป็นพิเศษ สายเคเบิลนี้จะมีความยาว 96,000 กิโลเมตร

ตามกฎของฟิสิกส์ แรงเหวี่ยงของการหมุนจะป้องกันไม่ให้สายเคเบิลตกลงมาและยืดออกไปตามความยาวทั้งหมด หากสำเร็จลิฟต์จะสามารถเดินทางด้วยความเร็ว 200 กม./ชม. ยกผู้โดยสารได้สูงสุด 30 คนในห้องโดยสาร ที่ระดับความสูง 36,000 กิโลเมตรซึ่งลิฟต์จะถึงในหนึ่งสัปดาห์มีการวางแผนหยุด ลิฟต์จะยกนักท่องเที่ยวขึ้นสู่ความสูงนี้ ส่วนนักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญจะสามารถปีนขึ้นไปด้านบนสุดได้

แนวคิดสมัยใหม่สำหรับลิฟต์อวกาศย้อนกลับไปในปี 1895 เมื่อ Konstantin Tsiolkovsky ได้รับแรงบันดาลใจจากหอไอเฟลที่สร้างขึ้นใหม่ในปารีส และคำนวณฟิสิกส์ของการสร้างอาคารที่ขยายออกสู่อวกาศเพื่อให้ยานอวกาศสามารถปล่อยจากวงโคจรโดยไม่ต้องใช้จรวด ในนวนิยายเรื่อง The Fountains of Heaven ของอาเธอร์ ซี. คลาร์กในปี 1979 ตัวเอกได้สร้างลิฟต์อวกาศที่มีการออกแบบคล้ายกับลิฟต์ที่กำลังเปิดตัวในปัจจุบัน

แต่จะทำให้เป็นจริงได้อย่างไร? “ฉันชอบความอุกอาจของแนวคิดนี้” Kevin Fong ผู้ก่อตั้งศูนย์ระดับความสูง อวกาศ และการแพทย์ขั้นสูงสุดที่ University College London กล่าว “ฉันเห็นได้ว่าทำไมผู้คนถึงชอบแนวคิดนี้ เพราะหากคุณสามารถขึ้นสู่วงโคจรโลกต่ำได้ในราคาถูกและปลอดภัย ในไม่ช้าระบบสุริยะชั้นในก็จะอยู่ในมือคุณ”

คำถามเพื่อความปลอดภัย

สิ่งที่สะดุดอยู่ที่การสร้างระบบดังกล่าว “ในขั้นแรก มันต้องถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่ยังไม่มีอยู่ แต่มีความแข็งแรงและยืดหยุ่นด้วยคุณลักษณะมวลและความหนาแน่นที่เหมาะสม เพื่อรองรับการขนส่งและทนทานต่อแรงภายนอกที่น่าเหลือเชื่อ” Fong กล่าว “ผมคิดว่าทั้งหมดนี้จะต้องมีภารกิจในวงโคจรที่ทะเยอทะยานที่สุดและการเดินในอวกาศในวงโคจรโลกต่ำและสูงในประวัติศาสตร์ของสายพันธุ์ของเรา”

นอกจากนี้ยังมีข้อกังวลด้านความปลอดภัยอีกด้วย เขากล่าวเสริม “แม้ว่าเราจะสามารถแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสิ่งนี้ได้ แต่ภาพที่น่ากลัวที่เกิดขึ้นก็คือชีสขนาดยักษ์ที่มีรูที่ทำจากขยะอวกาศและเศษซากด้านบน”

ตลอด 12 ปีที่ผ่านมา มีการนำเสนอการออกแบบที่มีรายละเอียดสามแบบ ฉบับแรกจัดพิมพ์โดยแบรด เอ็ดเวิร์ดส์และเอริค เวสต์ลิงในหนังสือ Space Lifts เมื่อปี พ.ศ. 2546 โดยจินตนาการว่าจะบรรทุกน้ำหนักบรรทุกได้ 20 ตันที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์จากโลก โดยมีราคา 150 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม และต้นทุนการก่อสร้างรวม 6 พันล้านดอลลาร์

ด้วยแนวคิดนี้เป็นพื้นฐาน การออกแบบของสมาคมนักบินอวกาศนานาชาติประจำปี 2013 ได้ทำให้ห้องโดยสารมีสภาพอากาศในระยะทาง 40 กิโลเมตรแรก จากนั้นจึงติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ การขนส่งภายใต้แผนนี้มีค่าใช้จ่าย 500 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม และการก่อสร้างโครงสร้างทั้งหมดมีค่าใช้จ่าย 13 พันล้านดอลลาร์สำหรับโครงการแรก (ซึ่งราคาถูกกว่าเสมอ)

ข้อเสนอเหล่านี้รวมถึงการถ่วงน้ำหนักในรูปแบบของดาวเคราะห์น้อยที่จับได้ในวงโคจรโลก รายงานของ IAA ระบุว่ารายการนี้อาจเป็นไปได้ในวันหนึ่ง แต่ไม่ใช่ในอนาคตอันใกล้นี้

สมอลอยน้ำ

แต่ชิ้นส่วนน้ำหนัก 1,900 ตันที่จะรองรับสายโยง 6,300 ตันนั้นสามารถประกอบได้จากยานอวกาศและยานพาหนะที่บรรทุกสายโยงขึ้นสู่อวกาศ นอกจากนี้ ยังจะได้รับการเสริมด้วยดาวเทียมที่จับได้ซึ่งหยุดทำงานแล้วและยังคงห้อยอยู่ในวงโคจรเหมือนเศษซากอวกาศ

พวกเขายังเสนอแนะให้จินตนาการถึงสมอบนโลกในฐานะแท่นลอยน้ำที่มีขนาดเท่ากับเรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่หรือเรือบรรทุกเครื่องบินที่อยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร เนื่องจากจะทำให้สามารถรองรับน้ำหนักได้มากขึ้น สถานที่ที่ต้องการคือจุดที่ห่างจากหมู่เกาะกาลาปากอสไปทางตะวันตก 1,000 กิโลเมตร พายุเฮอริเคน ไต้ฝุ่น และพายุทอร์นาโดถือว่าเกิดขึ้นได้ยากที่นั่น

บริษัท Obayashi Corp. ซึ่งเป็นหนึ่งในห้าบริษัทก่อสร้างรายใหญ่ของญี่ปุ่น เมื่อปีที่แล้วได้เปิดเผยแผนการสร้างลิฟต์อวกาศที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น ซึ่งบรรทุกยานพาหนะหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ maglev เช่นเดียวกับที่ใช้ในรถไฟความเร็วสูง พวกเขาสามารถขนส่งผู้คนด้วยความแข็งแกร่งของสายเคเบิลที่ต้องการ การออกแบบนี้มีค่าใช้จ่ายประมาณ 100 พันล้านดอลลาร์ แต่การขนส่งจะมีราคา 50-100 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม

แม้ว่าจะมีอุปสรรคมากมาย แต่องค์ประกอบหนึ่งที่ไม่มีการสร้างลิฟต์อวกาศคงเป็นไปไม่ได้ในปัจจุบันก็คือสายเคเบิลนั่นเอง Swan กล่าว

“การค้นหาวัสดุที่ใช้ทำสายเคเบิลถือเป็นปัญหาทางเทคโนโลยีที่สำคัญ” เขากล่าว - อย่างอื่นก็ไร้สาระ เราสามารถทำทั้งหมดนี้ได้แล้ว”

สายเพชร

คู่แข่งชั้นนำคือสายเคเบิลที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการเพื่อให้มีความต้านทานแรงดึง 63 กิกะปาสคาล ซึ่งแข็งแกร่งกว่าเหล็กที่ดีที่สุดถึง 13 เท่า

ความยาวสูงสุดของท่อนาโนคาร์บอนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่มีการค้นพบในปี 1991 ในปี 2013 นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนมีความยาวถึงครึ่งเมตรแล้ว ผู้เขียนรายงานของ IAA คาดการณ์ว่าสายเคเบิลที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนจะมีความยาว 1 กิโลเมตรภายในปี 2565 และภายในปี 2573 ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตลิฟต์อวกาศ

ในขณะเดียวกันก็มีการเปิดเผยคู่แข่งรายใหม่สำหรับการเชื่อมโยงอวกาศในเดือนกันยายน ทีมงานที่นำโดย John Budding ศาสตราจารย์วิชาเคมีที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย ตีพิมพ์บทความใน Nature ที่พวกเขากล่าวว่าพวกเขาได้สร้างเส้นใยนาโนเพชรที่บางเป็นพิเศษซึ่งอาจแข็งแรงและแข็งกว่าท่อนาโนคาร์บอน

ทีมงานเริ่มต้นด้วยการอัดเบนซินที่ความดันบรรยากาศ 200,000 บรรยากาศ เมื่อความดันถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆ อะตอมก็ประกอบกลับเป็นโครงสร้างใหม่ที่เป็นระเบียบสูง เช่น จัตุรมุข

รูปร่างเหล่านี้ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเส้นใยนาโนที่บางเป็นพิเศษซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับเพชรอย่างมาก แม้ว่าจะยังไม่สามารถวัดความแข็งแรงได้โดยตรงเนื่องจากขนาดของมัน แต่การคำนวณทางทฤษฎีได้แสดงให้เห็นว่าเส้นใยอาจมีความแข็งแรงและแข็งกว่าวัสดุสังเคราะห์ที่แข็งแกร่งที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน

การลดความเสี่ยง

“หากเราสามารถเรียนรู้ที่จะสร้างวัสดุจากเส้นใยนาโนเพชรหรือท่อนาโนคาร์บอนที่มีความยาวเพียงพอและมีคุณภาพสูง วิทยาศาสตร์แนะนำว่าเราสามารถเริ่มสร้างลิฟต์อวกาศได้ทันที” Budding กล่าว

แต่ถึงแม้ว่าวัสดุอย่างใดอย่างหนึ่งเหล่านี้จะแข็งแรงเพียงพอ การประกอบและการติดตั้งองค์ประกอบแต่ละส่วนของลิฟต์อวกาศยังคงเป็นงานที่มีปัญหามาก ปัญหาน่าปวดหัวอื่นๆ ได้แก่ ความปลอดภัย การระดมทุน ความพึงพอใจต่อผลประโยชน์ของคู่แข่ง ฯลฯ อย่างน้อย Swan ก็ไม่กังวลเกี่ยวกับเรื่องนั้น

“แน่นอนว่าจะต้องเกิดปัญหาร้ายแรง เช่นเดียวกับผู้ที่สร้างทางรถไฟข้ามทวีปแห่งแรก ตลอดจนคลองปานามาและสุเอซ” เขากล่าว “มันต้องใช้เวลาและเงินมาก แต่เช่นเดียวกับกิจการที่ยิ่งใหญ่อื่นๆ คุณจะต้องเอาชนะอุปสรรคเพียงครั้งเดียวเท่านั้น”

แม้แต่ Musk ก็ไม่สามารถดึงตัวเองมาทำลายชื่อเสียงของแนวคิดนี้ได้ “เห็นได้ชัดว่านี่ไม่ใช่สิ่งที่เราสามารถพูดถึงได้ในตอนนี้” เขากล่าว “แต่ถ้าใครสามารถโน้มน้าวฉันได้เป็นอย่างอื่นนั่นคงจะดี”

และนักวิทยาศาสตร์บางคนแสดงเหตุผลห้าประการต่อไปนี้ว่าทำไมลิฟต์ดังกล่าวจะไม่ถูกสร้างขึ้น:

1. ไม่มีวัสดุใดที่แข็งแรงพอสำหรับสายเคเบิล

โหลดบนสายเคเบิลสามารถเกิน 100,000 กก./ม. ดังนั้นวัสดุสำหรับการผลิตต้องมีความแข็งแรงสูงมากในการต้านทานการยืดตัว และในขณะเดียวกันก็มีความหนาแน่นต่ำมาก แม้ว่าจะไม่มีวัสดุดังกล่าว แม้แต่ท่อนาโนคาร์บอนซึ่งปัจจุบันถือเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นที่สุดในโลกก็ยังไม่เหมาะสม

น่าเสียดายที่เทคโนโลยีในการผลิตเพิ่งเริ่มได้รับการพัฒนา จนถึงขณะนี้ มีความเป็นไปได้ที่จะได้ชิ้นส่วนเล็กๆ ขึ้นมา เช่น ท่อนาโนที่ยาวที่สุดที่สร้างขึ้นนั้นมีความยาวไม่กี่เซนติเมตรและมีความกว้างหลายนาโนเมตร ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าจะสามารถสร้างสายเคเบิลที่ยาวเพียงพอได้หรือไม่

2. ความไวต่อการสั่นสะเทือนที่เป็นอันตราย

สายเคเบิลจะไวต่อลมสุริยะที่คาดเดาไม่ได้ - ภายใต้อิทธิพลของมันจะโค้งงอและสิ่งนี้จะส่งผลเสียต่อเสถียรภาพของลิฟต์ คุณสามารถติดไมโครมอเตอร์เข้ากับสายเคเบิลเป็นตัวกันโคลงได้ แต่มาตรการนี้จะสร้างความยุ่งยากเพิ่มเติมในแง่ของการบำรุงรักษาโครงสร้าง นอกจากนี้ จะทำให้ห้องโดยสารพิเศษที่เรียกว่า "นักปีนเขา" เคลื่อนที่ไปตามสายเคเบิลได้ยาก สายเคเบิลมีแนวโน้มที่จะสะท้อนกับพวกเขามากที่สุด

3. แรงโบลิทาร์

เคเบิลและ “นักปีนเขา” นั้นไม่มีการเคลื่อนไหวเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก แต่เมื่อเทียบกับศูนย์กลางของโลก วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,700 กม./ชม. บนพื้นผิว และ 10,000 กม./ชม. ในวงโคจร ดังนั้น "นักปีนเขา" จะต้องได้รับความเร็วนี้เมื่อทำการยิง “นักปีนเขา” จะเร่งความเร็วในทิศทางที่ตั้งฉากกับสายเคเบิล และด้วยเหตุนี้ สายเคเบิลจึงแกว่งเหมือนลูกตุ้ม ในเวลาเดียวกันก็มีแรงเกิดขึ้นโดยพยายามดึงสายเคเบิลของเราออกจากโลก แรงจะแปรผกผันกับการโก่งตัวของสายเคเบิลและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วในการยกน้ำหนักและมวล ดังนั้นแรงโบลิทาร์จึงป้องกันการยกสิ่งของอย่างรวดเร็วเข้าสู่วงโคจรค้างฟ้า
คุณสามารถต่อสู้กับแรงโบลิทาร์ได้โดยการปล่อย "นักปีนเขา" สองคนพร้อมกัน - จากโลกและจากวงโคจร แต่แรงระหว่างโหลดทั้งสองจะทำให้สายเคเบิลยืดออกมากยิ่งขึ้น อีกทางเลือกหนึ่งคือการขึ้นอย่างช้าๆ บนรางหนอนผีเสื้อ

4. ดาวเทียมและเศษอวกาศ

ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา มนุษยชาติได้ปล่อยวัตถุมากมายขึ้นสู่อวกาศ ซึ่งมีประโยชน์แต่ไม่ได้มีประโยชน์มากนัก ผู้สร้างลิฟต์จะต้องค้นหาและกำจัดทั้งหมดนี้ (ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากพิจารณาจากจำนวนดาวเทียมหรือกล้องโทรทรรศน์วงโคจรที่เป็นประโยชน์) หรือจัดให้มีระบบที่ปกป้องวัตถุจากการชนกัน ตามทฤษฎีแล้วสายเคเบิลไม่มีการเคลื่อนไหว ดังนั้นวัตถุใดๆ ที่หมุนรอบโลกจะชนกับสายเคเบิลไม่ช้าก็เร็ว นอกจากนี้ความเร็วของการชนจะเกือบเท่ากับความเร็วการหมุนของตัวเครื่องนี้ ดังนั้นจะเกิดความเสียหายอย่างมากกับสายเคเบิล สายเคเบิลไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้และมีความยาวจึงเกิดการชนกันบ่อยครั้ง
วิธีจัดการกับเรื่องนี้ยังไม่ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์กำลังพูดถึงการสร้างเลเซอร์อวกาศในวงโคจรเพื่อเผาขยะ แต่นี่อยู่นอกขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์โดยสิ้นเชิง

5. ความเสี่ยงด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม

ลิฟต์อวกาศอาจกลายเป็นเป้าหมายของการโจมตีของผู้ก่อการร้าย การดำเนินการรื้อถอนที่ประสบความสำเร็จจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างใหญ่หลวงและอาจฝังทั้งโครงการ ดังนั้นในเวลาเดียวกันกับลิฟต์ คุณจะต้องสร้างการป้องกันตลอดเวลา

นักสิ่งแวดล้อมเชื่อว่าสายเคเบิลสามารถเปลี่ยนแกนโลกได้ในทางที่ขัดแย้งกัน สายเคเบิลจะยึดอย่างแน่นหนาในวงโคจร และการเคลื่อนไหวใดๆ ที่ด้านบนจะสะท้อนบนโลก คุณลองจินตนาการดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้ามันพังกะทันหัน?

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะดำเนินโครงการดังกล่าวบนโลก ข่าวดีก็คือ มันจะทำงานบนดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วงบนดาวเทียมมีน้อยกว่ามากและแทบไม่มีชั้นบรรยากาศเลย คุณสามารถสร้างสมอได้ในสนามแรงโน้มถ่วงของโลก และสายเคเบิลจากดวงจันทร์จะผ่านจุดลากรองจ์ - ดังนั้นเราจึงได้รับช่องทางการสื่อสารระหว่างดาวเคราะห์กับดาวเทียมตามธรรมชาติของมัน ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวย สายเคเบิลดังกล่าวจะสามารถขนส่งสินค้าได้ประมาณ 1,000 ตันต่อวันสู่วงโคจรโลก แน่นอนว่าวัสดุจะต้องมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ แต่คุณไม่จำเป็นต้องประดิษฐ์อะไรใหม่ๆ โดยพื้นฐาน จริงอยู่ที่ความยาวของลิฟต์ "ดวงจันทร์" จะต้องอยู่ที่ประมาณ 190,000 กม. เนื่องจากเอฟเฟกต์ที่เรียกว่าวิถีโคมานอฟ

แหล่งที่มา

เนื่องจากมนุษยชาติแม้จะช้าแต่ยังคงเชี่ยวชาญอวกาศ คำถามก็เกิดขึ้นเกี่ยวกับการส่งสิ่งที่จำเป็นขึ้นสู่วงโคจร จรวดไม่เหมาะ - มีราคาแพงเกินไปในการใช้งานและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือการสร้างลิฟต์อวกาศที่จะเชื่อมต่ออวกาศกับโลก

ความสูงของโครงสร้างนี้จะอยู่ที่ 35,400 กม. สันนิษฐานว่านี่จะเป็นสายเคเบิลสำหรับงานหนัก ปลายด้านหนึ่งจับจ้องอยู่ที่พื้นผิวดาวเคราะห์ และอีกด้านหนึ่งอยู่ที่จุดคงที่เหนือวงโคจรค้างฟ้า ลิฟต์ที่บรรทุกน้ำหนักบรรทุกจะลอยไปตามสายเคเบิล เมื่อเพิ่มขึ้น ภาระจะถูกเร่งให้เร็วขึ้นเนื่องจากการหมุนของดาวเคราะห์ ซึ่งจะช่วยให้ส่งมันออกไปนอกแรงโน้มถ่วงของโลกที่ระดับความสูงที่สูงพอสมควร

ดูเหมือนสมเหตุสมผล จริงอยู่ที่มีปัญหาหลายประการที่ทำให้วิธีนี้ใช้ไม่ได้ผลอย่างยิ่ง:

1. ไม่มีวัสดุใดที่แข็งแรงพอสำหรับสายเคเบิล

โหลดบนสายเคเบิลสามารถเกิน 100,000 กก./ม. ดังนั้นวัสดุสำหรับการผลิตต้องมีความแข็งแรงสูงมากในการต้านทานการยืดตัว และในขณะเดียวกันก็มีความหนาแน่นต่ำมาก แม้ว่าจะไม่มีวัสดุดังกล่าว แม้แต่ท่อนาโนคาร์บอนซึ่งปัจจุบันถือเป็นวัสดุที่ทนทานและยืดหยุ่นที่สุดในโลกก็ยังไม่เหมาะสม

2. ความไวต่อการสั่นสะเทือนที่เป็นอันตราย

3. แรงโบลิทาร์

สามารถต่อสู้กับแรงโบลิทาร์ได้โดยการปล่อย "นักปีนเขา" สองคนพร้อมกัน - จากโลกและจากวงโคจร แต่แรงระหว่างโหลดทั้งสองจะทำให้สายเคเบิลยืดออกมากยิ่งขึ้น อีกทางเลือกหนึ่งคือการขึ้นอย่างช้าๆ บนรางหนอนผีเสื้อ