wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-05-28
Kosmiczna winda

Na Marsa postanowiliśmy dojechać windą. Podróż zaczęła się na oceanie. Z unoszącej się na wodzie platformy wznosiła się ku niebu wąska, cienka wstęga. Wkrótce wsiedliśmy do jednej ze wspinających się po niej kabin. Podróż na orbitę wokółziemską przypominała trochę niegdysiejsze podróże Orient Expressem: jadąc z prędkością ponad 350 km/h, odległość 100 tys. km pokonaliśmy w ciągu 11 dni. A później? Trzeba się już było przesiąść do "zwykłej" rakiety. Za to po międzyplanetarnej podróży czekała na nas druga marsjańska winda: emocji przy zjeździe było sporo, bo jej poruszająca się na kółkach dolna platforma stale manewrowała, by nasza kabina uniknęła zderzenia z przelatującymi nieopodal marsjańskimi księżycami.

Czy tak mogą się kiedyś zaczynać wspomnienia z turystycznych wypraw? Z pewnością nieprędko - ale pierwszy krok w kierunku urzeczywistnienia podobnych marzeń został już zrobiony. W dniach 21-23 października tego roku odbyły się współfinansowane przez NASA zawody o nagrodę Elevator 2010. Miały one wyłonić projektantów najlepszych podzespołów niezbędnych do zbudowania kosmicznej windy - urządzenia pozwalającego tanio i bezpiecznie wynosić na wokółziemską orbitę duże i delikatne ładunki. Dzięki takiemu rozwiązaniu można by nawet stukrotnie zmniejszyć koszt wysyłania ich w kosmiczną przestrzeń.

Idea działania kosmicznej windy wiąże się z pojęciem satelity geostacjonarnego. Takie ciało porusza się wokół Ziemi w odległości 35.786 km od jej powierzchni i okrąża ją dokładnie w ciągu doby. Jeśli więc znajduje się nad równikiem, to choć porusza się z prędkością ponad 3 km/­s, obserwowane z powierzchni Ziemi wydaje się unosić nieruchomo w jednym punkcie nieba. A gdyby do takiego satelity doczepić mocną taśmę i jedną jej część opuścić ku Ziemi, a z drugiej strony satelity umieścić przeciwwagę, która równoważyłaby bliższy Ziemi ciężar liny? Taka konstrukcja miałaby szanse na stabilne istnienie - a po nieruchomej (z punktu widzenia powierzchni Ziemi) taśmie mogłyby w górę i w dół wędrować na orbitę niesione przez windy ładunki. Choć z pewnością kosztowna w budowie, winda byłaby na dłuższą metę najwydajniejszą drogą w kosmos - a technologie, które umożliwią jej budowę, są już niemal w zasięgu ręki. Ale... części rozwiązań wciąż jednak nam brakuje.

Kevlar nie ma szans

Najpoważniejszym wyzwaniem jest dziś konstrukcja kabla nośnego windy. Musi on być niezwykle odporny na rozciąganie, a przy tym bardzo lekki. Im wyżej, tym większa masa znajdzie się poniżej kabla, rozciągająca go siła będzie więc rosła z wysokością aż do orbity geostacjonarnej. Uwzględniająca to optymalna konstrukcja kabla wymaga zastosowania kształtu cienkiej wstęgi o znikomej szerokości u podstawy windy, stopniowo poszerzającej się z wysokością tak, aby w każdym miejscu jej obciążenie było podobne. Wstęga zaczynałaby się zwężać dopiero powyżej orbity geostacjonarnej.

W niektórych wariantach konstrukcji byłaby też wykorzystywana zamiast ciężkiej, położonej za orbitą geostacjonarną przeciwwagi. Musiałaby się wówczas wznosić na dodatkowe kilkadziesiąt tysięcy kilometrów od Ziemi. Jeśli nie chcemy windy ze wstęgą, której szerokość na orbicie geostacjonarnej trzeba by liczyć w tysiącach kilometrów, musimy do jej budowy użyć materiału o stosunku wytrzymałości do gęstości 20-krotnie większym od kevlaru i kilkakrotnie większym od diamentu.

Czy taka substancja w ogóle istnieje? Prawdopodobnie tak. Obliczona teoretycznie wytrzymałość materiału z nanorurek węglowych jest nawet nieco większa od niezbędnej do konstrukcji wstęgi. Włókno z węglowych nanorurek o średnicy 3 mm może utrzymać ponad 40 ton, a cienka wstęga wystarczająca do utrzymania pracującej konstrukcji mogłaby mieć około metra szerokości. Problem w tym, że otrzymywane obecnie nanorurki nie sięgają teoretycznie wyznaczonych granic wytrzymałości - pozostaje też do rozwiązania problem splecenia ich w wytrzymałą, superdługą wstęgę. Postęp w nanotechnologii jest jednak bardzo duży i szanse na stworzenie materiału nadającego się do zastosowania w konstrukcji windy są zupełnie realne. Trzeba jednak jeszcze zaprojektować wagony, które będą po niej jeździć.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 12/2005 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
02/2020
01/2020
Kalendarium
Styczeń
29
W 1984 r. wystrzelono pierwszego satelitę z Kosmodromu Xichang w chińskiej prowincji Syczuan
Warto przeczytać
Jedząc mięso i jeżdżąc samochodem, też możesz uratować świat. Pożegnaj się tylko z każdorazowym spuszczaniem wody w toalecie. Dobra wiadomość: żeby ratować świat, wcale nie musisz zostać weganinem-cyklistą, myjącym się dwa razy w tygodniu.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-05-28
Kosmiczna winda

Na Marsa postanowiliśmy dojechać windą. Podróż zaczęła się na oceanie. Z unoszącej się na wodzie platformy wznosiła się ku niebu wąska, cienka wstęga. Wkrótce wsiedliśmy do jednej ze wspinających się po niej kabin. Podróż na orbitę wokółziemską przypominała trochę niegdysiejsze podróże Orient Expressem: jadąc z prędkością ponad 350 km/h, odległość 100 tys. km pokonaliśmy w ciągu 11 dni. A później? Trzeba się już było przesiąść do "zwykłej" rakiety. Za to po międzyplanetarnej podróży czekała na nas druga marsjańska winda: emocji przy zjeździe było sporo, bo jej poruszająca się na kółkach dolna platforma stale manewrowała, by nasza kabina uniknęła zderzenia z przelatującymi nieopodal marsjańskimi księżycami.

Czy tak mogą się kiedyś zaczynać wspomnienia z turystycznych wypraw? Z pewnością nieprędko - ale pierwszy krok w kierunku urzeczywistnienia podobnych marzeń został już zrobiony. W dniach 21-23 października tego roku odbyły się współfinansowane przez NASA zawody o nagrodę Elevator 2010. Miały one wyłonić projektantów najlepszych podzespołów niezbędnych do zbudowania kosmicznej windy - urządzenia pozwalającego tanio i bezpiecznie wynosić na wokółziemską orbitę duże i delikatne ładunki. Dzięki takiemu rozwiązaniu można by nawet stukrotnie zmniejszyć koszt wysyłania ich w kosmiczną przestrzeń.

Idea działania kosmicznej windy wiąże się z pojęciem satelity geostacjonarnego. Takie ciało porusza się wokół Ziemi w odległości 35.786 km od jej powierzchni i okrąża ją dokładnie w ciągu doby. Jeśli więc znajduje się nad równikiem, to choć porusza się z prędkością ponad 3 km/­s, obserwowane z powierzchni Ziemi wydaje się unosić nieruchomo w jednym punkcie nieba. A gdyby do takiego satelity doczepić mocną taśmę i jedną jej część opuścić ku Ziemi, a z drugiej strony satelity umieścić przeciwwagę, która równoważyłaby bliższy Ziemi ciężar liny? Taka konstrukcja miałaby szanse na stabilne istnienie - a po nieruchomej (z punktu widzenia powierzchni Ziemi) taśmie mogłyby w górę i w dół wędrować na orbitę niesione przez windy ładunki. Choć z pewnością kosztowna w budowie, winda byłaby na dłuższą metę najwydajniejszą drogą w kosmos - a technologie, które umożliwią jej budowę, są już niemal w zasięgu ręki. Ale... części rozwiązań wciąż jednak nam brakuje.

Kevlar nie ma szans

Najpoważniejszym wyzwaniem jest dziś konstrukcja kabla nośnego windy. Musi on być niezwykle odporny na rozciąganie, a przy tym bardzo lekki. Im wyżej, tym większa masa znajdzie się poniżej kabla, rozciągająca go siła będzie więc rosła z wysokością aż do orbity geostacjonarnej. Uwzględniająca to optymalna konstrukcja kabla wymaga zastosowania kształtu cienkiej wstęgi o znikomej szerokości u podstawy windy, stopniowo poszerzającej się z wysokością tak, aby w każdym miejscu jej obciążenie było podobne. Wstęga zaczynałaby się zwężać dopiero powyżej orbity geostacjonarnej.

W niektórych wariantach konstrukcji byłaby też wykorzystywana zamiast ciężkiej, położonej za orbitą geostacjonarną przeciwwagi. Musiałaby się wówczas wznosić na dodatkowe kilkadziesiąt tysięcy kilometrów od Ziemi. Jeśli nie chcemy windy ze wstęgą, której szerokość na orbicie geostacjonarnej trzeba by liczyć w tysiącach kilometrów, musimy do jej budowy użyć materiału o stosunku wytrzymałości do gęstości 20-krotnie większym od kevlaru i kilkakrotnie większym od diamentu.

Czy taka substancja w ogóle istnieje? Prawdopodobnie tak. Obliczona teoretycznie wytrzymałość materiału z nanorurek węglowych jest nawet nieco większa od niezbędnej do konstrukcji wstęgi. Włókno z węglowych nanorurek o średnicy 3 mm może utrzymać ponad 40 ton, a cienka wstęga wystarczająca do utrzymania pracującej konstrukcji mogłaby mieć około metra szerokości. Problem w tym, że otrzymywane obecnie nanorurki nie sięgają teoretycznie wyznaczonych granic wytrzymałości - pozostaje też do rozwiązania problem splecenia ich w wytrzymałą, superdługą wstęgę. Postęp w nanotechnologii jest jednak bardzo duży i szanse na stworzenie materiału nadającego się do zastosowania w konstrukcji windy są zupełnie realne. Trzeba jednak jeszcze zaprojektować wagony, które będą po niej jeździć.