Kosminis liftas

Kosminis liftas – viena iš daugelio siūlomų transporto į kosmosą idėjų. Idėją pasiūlė rusų raketų mokslininkas Konstantinas Ciolkovskis dar 1895 m., tačiau ji dar nėra įgyvendinta, nors prie jos dirba mokslininkai nuo pat paskelbimo iki dabar. Pagrindinė lifto dalis yra kabelis, pritvirtintas prie Žemės pusiaujo. Kitame kabelio gale būtų pakabintas atsvaras taip, kad bendras visos lifto sistemos masės centras būtų už taip vadinamos geostacionarinės orbitos, kuri yra 35 786 km aukštyje, taip trosą veikiamos jėgos kompensuojasi ties kabelio viduriu. Kadangi Žemė pastoviai sukasi aplink savo ašį, kabelis sukasi kartu su ja. Atsvaras ir viršutinė kabelio dalis yra veikiami įcentrinių jėgų, todėl atsiranda atstojamoji jėga kabelyje, kuri yra nukreipta nuo Žemės. Tuo tarpu kabelio apačią ir įtvirtinimą prie pusiaujo veikia gravitacinė jėga, kuri nukreipta į Žemės centrą. Gravitacinė jėga yra stipriausia apačioje ir silpnėja kylant liftu, taip pat ir įcentrinė jėga yra stipriausia kabelio viršuje ir silpnėja leidžiantis. Dėl šios priežasties kabelis yra netolygiai veikiamas jėgų, todėl jis yra labai stipriai įtemptas. Dar nėra sukurta tokių tvirtų, standžių ir lengvų medžiagų, kad jos galėtų atlaikyti šias jėgas. Tai yra viena svarbiausių problemų ir priežasčių, kodėl šis liftas dar nėra pastatytas Žemėje. Šiuo metu yra labai stipriai dirbama ieškant tvirtesnių medžiagų, tam kad liftas galėtų būti vystomas toliau. Viena iš medžiagų kandidačių yra anglies nanovamzdeliai. Ši medžiaga galėtų būti pakankamai tvirta, tačiau kol kas sunku pritaikyti tokiam masyviam objektui.

Kol kas pirmąjį liftą planuojama baigti statyti 2050 m. Japonijoje.

Ateitis 
Įgyvendinus šį projektą Žemėje, tokias struktūras galima būtų statyti ir kituose dangaus kūnuose, tokiuose kaip Marsas ar Mėnulis. Tokiems kūnams kosminis liftas būtų gerokai paprastesnis uždavinys, nes jų gravitacijos jėga yra silpnesnė bei geostacionarinė orbita yra daug arčiau kieto paviršiaus. Tokiems statiniam užtektų ir dabar prieinamų medžiagų kaip, pavyzdžiui, kevlaras.

Įrengus liftą Žemėje, kosmoso sektorius taptų turistiniu objektu, nes planuojama pakilimo į kosmosą kaina turėtų sumažėti net iki 99 procentų. Prieiga pakilti būtų taikoma ne tik darbuotojams, bet ir piliečiams. Pasekoje lifto Žemėje, nusimato ir projektai į mėnulį. Tai būtų logiškas sprendimas, nes mėnulyje galėtų būti įsteigta tarpinė stotis keliaujant tolimesniais atstumais.

Nauda 
Vienas svarbiausių ir labiausiai vystomų uždavinių kosmoso sektoriaus nūdienoje yra pigus ir patikimas pakilimas iš Žemės į kosmosą. Tai yra taip svarbu, jog net Europos Komisija paskelbė konkursą, kuriame siūlo 10 mln. JAV dol. prizą už tai, kas sugalvos ir išvystys pigų pakilimo i kosmosą būdą. Šis liftas, žinoma, nebūtų pigus, tačiau finansiškai atsipirktų, palyginus, greitai.

Liftu i kosmosą galėtų būti siunčiami įvairūs kroviniai, palydovai ir net žmonės. Taip pat kylant liftu įvairūs kroviniai galėtų būti paleidžiami ir dėl inercijos pasiekiantys tam tikrą tikslą, pavyzdžiui, 1-ąjį arba 2-ąjį Lagranžo taškus. Tai nesunku padaryti, tereikia pasirinkti tam tikrą paleidimo atstumą nuo Žemės pusiaujo. 1-ajam taškui pasiekti reiktų paleisti krovinį 50 630 km atstume, o 2-ajam taškui 51 240 km nuo Žemės.

Šiuo metu vieną astronautą išsiųsti į kosmosą kainuoja apie 83 mln. JAV dol. Liftu planuojama šį skaičių sumažinti kelis ar keliasdešimt kartų.

Lifto ypatybės 
Lifto kabelis yra stipriausiai įtemptas per vidurį, geostacionariame taške. Toje vietoje gravitacinė ir įcentrinės jėgos susilygina į priešingas puses. Šiame taške kabelis turėtų būti storiausias ir tada tolygiai plonėti artėjant link pusiaujo ar atsvaro. Tai reikalauja ypač kruopštaus jo dizaino.

Liftas negali kilti per greitai, nes atsiranda Koriolio efektas, dėl kurio jis gali lūžti. Yra paskaičiuota, kad optimalus lifto greitis būtų apie 300 km/h, leidžiantis užtikrinti maksimalų saugumą, efektyvumą bei kainą. Kelionė iki geostacionarinės orbitos užtruktų apie 5 paras, todėl viduje lifto turi būti įrengtos atitinkamos sąlygos keliautojams.

Keltuvai taip pat negali būti įprastinio pavidalo. Taip yra todėl, kad lifto kabelio storis nuolat kinta, todėl keltuvas turėtų prisitaikyti atitinkamai.

Energijos tiekimas 
Energijos tiekimas keltuvams yra svarbi problema. Yra keletas siūlomų būdų, kaip su tuo kovoti:

 Teikti keltuvui energiją bevieliu tinklu.
 Teikti keltuvui energiją per kažką materialaus, pavyzdžiui, laidais.
 Sukaupti visą pakilimui reikiamą energiją keltuve dar iki pakilimo. Tai turi būti kažkas labai mažo, bet galingo. Galimos branduolinės reakcijos.
 Įveikus 40 km atstumą nuo Žemės, galima būtų panaudoti saulės spindulių kolektorius likusiai energijai išgauti bekylant.

Kol kas labiausiai tikėtinas metodas yra energijos perdavimas bevieliu būdu. Tam galima būtų panaudoti didelės energijos arba kietojo kūno lazerius. Tai kol kas yra realiausias ir efektyviausias pasiūlytas metodas, tačiau, kad jam būti pilnai pritaikytu, dar reiktų lifte įmontuoti įrangą, kuri išspinduliuotų suteiktą energijos perteklių į aplinką kaip šilumą. Tai pridėtų papildomo svorio liftui, į kurį būtina atsižvelgti ir suprojektuoti atitinkamai.

Atsvaras 
Lifto viršuje turi būti atitinkamas atsvaras. Tai galėtų būti:

 Kosminis laivas, stotis, kosmodromas. Objektas būtų įsitvirtinęs virš geostacionarios orbitos.
 Asteroidas. Asteroido įcentrinės jėgos pakaktų, jog būtų galima išlaikyti kabelį pakankamai įtemptą. Taip pat tai būtų pravartu ekonomijos atžvilgiu, tačiau rizikinga.
 Viršuje galėtų būti visos panaudotos nuolaužos bei atliekos likusios nuo lifto statymo bei sutvirtinimo.
 Atsvaro nebūtų. Jeigu pratęstume kabelį tiek, kad jo paties masės bei įcentrinės jėgos užtektų, kad visą sistemą išlaikyti stabilią.

Saugumas 
Tolstant nuo Žemės paviršiaus, keleiviai būtų vis labiau pažeidžiami kosminės spinduliuotės. Keleiviai apie 5 dienas kiltų per Van Aleno radiacinį žiedą. Šio laiko pakaktų, kad spinduliuotė pažeistų žmogaus audinius, todėl specialūs skydai privalo būti įrengti.

Kabelis turėtų būti apsaugotas ir nuo Žemėje skraidančių orlaivių.

Kadangi kabelis tęsiasi už Žemės atmosferos, atsiranda asteroidų pavojus. Kabelis turi būti pakankamai tvirtas, kad juos atlaikytų arba pritaikytas juos išvengti išsilenkiant. Pastarasis variantas yra labiau tikėtinas, nes šiuo metu ir taip sunku atrasti medžiagą, kuri atlaikytų visą kabelio įtempimą.

Šaltiniai 
 https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast07sep_1 
 https://ec.europa.eu/research/eic/index.cfm?pg=prizes_space
 https://www.newscientist.com/article/dn18122-space-elevator-wins-900000-nasa-prize/
 https://sservi.nasa.gov/articles/the-space-elevator-concept/
 https://observer.com/2019/09/moon-space-elevator-lunar-exploration-columbia-study/
 https://www.popularmechanics.com/space/a8814/why-dont-we-have-space-elevators-15185070/
 http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/472Edwards.pdf
 https://phys.org/news/2018-09-japanese-company-tiny-space-elevator.html
 https://www.houstonchronicle.com/local/space/mission-moon/article/Going-up-Futuristic-space-elevator-could-make-13766803.php
 https://www.extremetech.com/extreme/176625-60000-miles-up-geostationary-space-elevator-could-be-built-by-2035-says-new-study
 https://www.redbull.com/int-en/the-race-to-build-the-first-space-elevator
 https://futurism.com/why-space-elevators-are-the-future-of-space-travel

Kosmosas
Hipotetinės struktūros