Bądźmy szczerzy, wypuszczanie rzeczy w kosmos za pomocą rakiet to dość nieefektywny sposób. Rakiety są nie tylko drogie w budowie, ale także potrzebują dużej ilości paliwa, aby osiągnąć prędkość ucieczki. Podczas gdy koszty poszczególnych startów są zmniejszane dzięki takim koncepcjom, jak rakiety wielokrotnego użytku i samoloty kosmiczne, bardziej trwałym rozwiązaniem może być zbudowanie kosmicznej windy.
I chociaż taki projekt megainżynierii jest obecnie po prostu niewykonalny, istnieje wielu naukowców i firm na całym świecie, którzy są zaangażowani w urzeczywistnianie wind kosmicznych w ciągu naszego życia. Na przykład zespół japońskich inżynierów z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Shizuoka niedawno stworzył model kosmicznej windy, którą wystrzelą w kosmos jutro (11 września).
Koncepcja windy kosmicznej jest dość prosta. Zasadniczo wymaga budowy stacji kosmicznej na orbicie geosynchronicznej (GSO), która jest przywiązana do Ziemi przez strukturę rozciągającą. Na drugim końcu stacji przymocowana zostanie przeciwwaga, aby utrzymać linę w pozycji prostej, podczas gdy prędkość obrotowa Ziemi zapewnia, że pozostanie ona w tym samym miejscu. Astronauci i załogi będą podróżować w górę i w dół liny w samochodach, co całkowicie wyeliminuje potrzebę wystrzeliwania rakiet.
Ze względu na swój model w skali inżynierowie z Shizuoka University stworzyli dwa bardzo małe CubeSats, z których każdy ma 10 cm (3,9 cala) z boku. Są one połączone za pomocą stalowego kabla o długości około 10 metrów (32,8 stopy), pojemnika, który działa jak winda kosmiczna porusza się po kablu za pomocą silnika, a kamery zamontowane na każdym satelicie monitorują postęp kontenera.
Mikrosatelity zostaną wystrzelone na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) 11 września, a następnie zostaną rozmieszczone w kosmosie w celu przeprowadzenia testów. Wraz z innymi satelitami eksperyment będzie prowadzony przez pojazd nr 7 H-IIB, który wystartuje z centrum kosmicznego Tanegashima w prefekturze Kagoshima. Chociaż podobne eksperymenty, w których kable były przedłużane w przestrzeni kosmicznej, zostały przeprowadzone wcześniej, będzie to pierwszy test, w którym obiekt porusza się wzdłuż kabla między dwoma satelitami.
Jak powiedział rzecznik Uniwersytetu Shizuoka w artykule napisanym przez AFP: „Będzie to pierwszy na świecie eksperyment w celu przetestowania ruchu windy w przestrzeni kosmicznej”.
„Teoretycznie winda kosmiczna jest wysoce prawdopodobna. Podróże kosmiczne mogą stać się czymś popularnym w przyszłości ”, dodał inżynier Yoji Ishikawa z Uniwersytetu Shizuoka.
Jeśli eksperyment się powiedzie, pomoże położyć podwaliny pod prawdziwą windę kosmiczną. Ale oczywiście wiele znaczących wyzwań musi zostać rozwiązanych przed zbudowaniem czegokolwiek zbliżającego się do windy kosmicznej. Najważniejszym z nich jest materiał użyty do budowy paska, który musiałby być zarówno lekki (aby się nie zapaść), jak i mieć niesamowitą wytrzymałość na rozciąganie, aby oprzeć się napięciu wywołanemu przez siłę odśrodkową działającą na przeciwwagę windy.
Co więcej, uwięź musiałaby również wytrzymać siły grawitacyjne Ziemi, Słońca i Księżyca, nie wspominając już o naprężeniach wywołanych warunkami atmosferycznymi Ziemi. Wyzwania te uznano za nie do pokonania w XX wieku, kiedy koncepcja została spopularyzowana przez takich pisarzy, jak Arthur C. Clarke. Jednak na przełomie wieków, dzięki wynalezieniu nanorurek węglowych, naukowcy zaczęli ponownie rozważać ten pomysł.
Jednak wytwarzanie nanorurek w skali potrzebnej do dotarcia do stacji w GSO wciąż znacznie przekracza nasze obecne możliwości. Ponadto Keith Henson - technolog, inżynier i współzałożyciel National Space Society (NSS) - twierdzi, że nanorurki węglowe po prostu nie mają siły niezbędnej do zniesienia obciążeń. W tym celu inżynierowie zaproponowali użycie innych materiałów, takich jak nanofilament diamentowy, ale produkcja tego materiału w wymaganej skali również przekracza nasze obecne możliwości.
Istnieją również inne wyzwania, takie jak unikanie zderzeń kosmicznych śmieci i meteorytów z windą kosmiczną, przenoszenie elektryczności z Ziemi do kosmosu oraz zapewnienie, że uwięź jest odporna na promieniowanie kosmiczne o wysokiej energii. Ale gdyby i kiedy można było zbudować windę kosmiczną, miałaby ona ogromne korzyści, a wśród nich byłaby zdolność do transportu załóg i ładunku w kosmos za znacznie mniejsze pieniądze.
W 2000 r., Przed opracowaniem rakiet wielokrotnego użytku, koszt umieszczenia ładunków na orbicie geostacjonarnej przy użyciu konwencjonalnych rakiet wynosił około 25 000 USD za kilogram (11 000 USD za funt). Jednakże, zgodnie z szacunkami opracowanymi przez Spaceward Foundation, możliwe jest, że ładunki mogą zostać przeniesione do GSO za zaledwie 220 USD za kg (100 USD za funt).
Ponadto windę można wykorzystać do rozmieszczenia satelitów nowej generacji, takich jak kosmiczne układy słoneczne. W przeciwieństwie do naziemnych macierzy słonecznych, które podlegają cyklowi dzień / noc i zmieniającym się warunkom pogodowym, tablice te byłyby w stanie zbierać energię 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, 365 dni w roku. Energię tę można by następnie przesyłać z satelitów za pomocą nadajników mikrofalowych do stacji odbiorczych na ziemi.
Statki kosmiczne mogą być również montowane na orbicie, co jest kolejnym środkiem ograniczającym koszty. Obecnie statek kosmiczny albo musi być w pełni zmontowany tutaj na Ziemi i wystrzelony w kosmos, albo mieć pojedyncze elementy wystrzelone na orbitę, a następnie zmontowane w kosmosie. Tak czy inaczej, jest to kosztowny proces, który wymaga ciężkich wyrzutni i ton paliwa. Ale za pomocą windy kosmicznej elementy można unieść na orbitę za ułamek kosztów. Jeszcze lepsze, autonomiczne fabryki mogłyby zostać umieszczone na orbicie, która byłaby w stanie zarówno zbudować niezbędne komponenty, jak i zbudować statek kosmiczny.
Nic więc dziwnego, dlaczego wiele firm i organizacji ma nadzieję znaleźć sposoby na przezwyciężenie wyzwań technicznych i inżynieryjnych, jakie pociąga za sobą taka struktura. Z jednej strony masz Międzynarodowe Konsorcjum Windy Kosmicznej (ISEC), podmiot stowarzyszony z National Space Society, które zostało utworzone w 2008 r. W celu promowania rozwoju, budowy i eksploatacji windy kosmicznej.
Następnie jest Korporacja Obayashi, która współpracuje z Uniwersytetem Shizuoka w celu stworzenia windy kosmicznej do roku 2050. Zgodnie z ich planem kabel windy składałby się z 96 000 km (59 650 mil) kabla węglowego nanorurki zdolnego do przeniesienia 100 -ton wspinaczy. Będzie się również składać z pływającego portu ziemnego o średnicy 400 m (1312 stóp) i przeciwwagi 12 500 ton (13 780 ton amerykańskich).
Jak powiedział profesor Yoshio Aoki z Nihon University College of Science and Technology (który nadzoruje projekt windy kosmicznej Obayashi Corp.): „[Winda kosmiczna] jest niezbędna dla przemysłu, instytucji edukacyjnych i rządu, aby połączyć ręce w celu rozwoju technologicznego . ”
To prawda, że koszt budowy windy kosmicznej byłby ogromny i prawdopodobnie wymagałby skoordynowanego międzynarodowego i wielopokoleniowego wysiłku. Pozostają jednak poważne wyzwania, które będą wymagać znacznego rozwoju technologicznego. Ale w przypadku tych jednorazowych wydatków (plus koszty utrzymania) ludzkość miałaby nieograniczony dostęp do przestrzeni kosmicznej w dającej się przewidzieć przyszłości i przy znacznie zmniejszonych kosztach.
A jeśli ten eksperyment okaże się sukcesem, dostarczy niezbędnych danych, które pewnego dnia mogą pomóc w stworzeniu kosmicznej windy.
