هل من الممكن إنشاء مصعد فضائي؟ العمل البحثي "مصعد الفضاء"

اليوم، لم يعد استكشاف الفضاء مجرد فكرة عالمية، بل هو هدف تسعى إليه كل دولة على حدة وتحالفاتها ككل. لمزيد من استكشاف الفضاء، وكذلك الاستعمار الناجح للكواكب، هناك حاجة إلى تطوير مكثف للتكنولوجيات، مما قد يؤدي إلى ظهور أدوات ووسائل وأساليب جديدة للحركة في الفضاء الخارجي. يتم إجراء تجارب لتعزيز تطوير مثل هذه التقنيات في محطات مدارية مثل محطة الفضاء الدولية أو تيانجونج.

ولهذا السبب، فإن جزءًا مثيرًا للإعجاب من الأبحاث الحالية في مجال الملاحة الفضائية يهدف إلى زيادة إنتاجية هذه المحطات وطاقمها، فضلاً عن تقليل تكلفة تشغيل المحطات والحفاظ على الموارد البشرية. بعد ذلك، نعتبر أحد المشاريع الأكثر طموحا وواسعة النطاق في هذا المجال - مصعد الفضاء.

الغرض الرئيسي من بناء المصعد الفضائي هو تقليل تكلفة توصيل البضائع إلى مدار الأرض. والحقيقة هي أن تسليم أي شحنة إلى محطة مدارية باستخدام مركبة النقل الفضائية أمر مكلف للغاية. على سبيل المثال، تتطلب إحدى سفن النقل التابعة لوكالة ناسا، والتي طورتها شركة SpaceX-Dragon، تكلفة إطلاق تبلغ حوالي 133 مليون دولار، بينما خلال المهمة الأخيرة (SpaceX CRS-9) تم تحميل السفينة بـ 5000 رطل (2268 كجم). وبالتالي، إذا حسبت تكلفة الجنيه الواحد، فسيكون 58.6 ألف دولار للكيلو جرام الواحد.

انطباع فنان عن مصعد فضائي

على الرغم من الأزمة وحرب العقوبات، إلا أن هناك اهتمامًا كبيرًا بملاحة الفضاء في الدول المتحضرة والمتقدمة اقتصاديًا. ومما يسهل ذلك التقدم في تطوير علم الصواريخ ودراسة الفضاء القريب من الأرض وكواكب النظام الشمسي ومحيطه باستخدام المركبات الفضائية. المزيد والمزيد من الدول الجديدة تنضم إلى سباق الفضاء. تعلن الصين والهند بصوت عالٍ عن طموحاتهما لاستكشاف الكون. أصبح احتكار هياكل الدولة في روسيا والولايات المتحدة وأوروبا للرحلات الجوية خارج الغلاف الجوي للأرض شيئًا من الماضي. تبدي الشركات اهتمامًا متزايدًا بنقل الأشخاص والبضائع إلى مدار الفضاء. ظهرت شركات يرأسها المتحمسون الذين يحبون الفضاء. إنهم يطورون مركبات إطلاق جديدة وتقنيات جديدة من شأنها أن تجعل من الممكن تحقيق قفزة في استكشاف الكون. إن الأفكار التي كانت تعتبر غير قابلة للتنفيذ بالأمس فقط يتم النظر فيها بجدية. وما كان يعتبر ثمرة الخيال المحموم لكتاب الخيال العلمي، أصبح الآن أحد المشاريع الممكن تنفيذها في المستقبل القريب.

أحد هذه المشاريع يمكن أن يكون مصعدًا فضائيًا.

ما مدى واقعية هذا؟ حاول الصحفي في بي بي سي نيك فليمنج الإجابة على هذا السؤال في مقالته “المصعد في المدار: خيال علمي أم مسألة وقت؟”، والذي يلفت انتباه المهتمين بالفضاء.

المصعد إلى المدار: خيال علمي أم مسألة وقت؟

بفضل المصاعد الفضائية القادرة على إيصال الأشخاص والبضائع من سطح الأرض إلى المدار، يمكن للبشرية التخلي عن استخدام الصواريخ الضارة بالبيئة. لكن إنشاء مثل هذا الجهاز ليس بالأمر السهل، كما اكتشف مراسل بي بي سي فيوتشر.

عندما يتعلق الأمر بالتوقعات المتعلقة بتطور التقنيات الجديدة، فإن الكثيرين يعتبرون مرجعية المليونير إيلون ماسك، أحد رواد قطاع الأبحاث غير الحكومي، الذي جاء بفكرة الهايبرلوب - وهو مشروع عالي التقنية. مشروع خدمة نقل الركاب السريع بين لوس أنجلوس وسان فرانسيسكو (يستغرق وقت السفر 35 دقيقة فقط). ولكن هناك مشاريع يعتبرها " ماسك " نفسه مستحيلة عمليا. على سبيل المثال، مشروع المصعد الفضائي.

وقال ماسك في مؤتمر عقد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الخريف الماضي: "إن هذه مهمة معقدة للغاية من الناحية الفنية، ومن غير المرجح أن يتم إنشاء مصعد فضائي في الواقع". وفي رأيه، فإن بناء جسر بين لوس أنجلوس وطوكيو أسهل من بناء مصعد إلى المدار.

إن فكرة إرسال الأشخاص والبضائع إلى الفضاء داخل كبسولات تنزلق للأعلى على طول كابل عملاق مثبت في مكانه بفعل دوران الأرض ليست جديدة. يمكن العثور على أوصاف مماثلة في أعمال كتاب الخيال العلمي مثل آرثر سي كلارك. ومع ذلك، لم يتم حتى الآن اعتبار هذا المفهوم ممكنا عمليا. ولعل الاعتقاد بأننا قادرون على حل هذه المشكلة التقنية المعقدة للغاية هو في الواقع مجرد خداع للنفس؟

يعتقد عشاق المصاعد الفضائية أنه من الممكن جدًا بناء واحد. في رأيهم، الصواريخ التي تعمل بالوقود السام هي وسيلة نقل فضائية قديمة وخطيرة على البشر والطبيعة وباهظة الثمن. البديل المقترح هو في الأساس خط سكة حديد موضوع في المدار - كابل فائق القوة، يتم تثبيت أحد طرفيه على سطح الأرض، والآخر على ثقل موازن يقع في مدار متزامن مع الأرض وبالتالي معلق باستمرار فوق نقطة واحدة على سطح الأرض . سيتم استخدام الأجهزة الكهربائية التي تتحرك لأعلى ولأسفل على طول الكابل ككابينة للمصاعد. وباستخدام المصاعد الفضائية، يمكن خفض تكلفة إرسال البضائع إلى الفضاء إلى 500 دولار للكيلوغرام الواحد - وهو الرقم الذي يعادل الآن حوالي 20 ألف دولار للكيلوغرام الواحد، وفقا لتقرير حديث صادر عن الأكاديمية الدولية للملاحة الفضائية (IAA).

يشير عشاق المصاعد الفضائية إلى ضرر تقنيات إطلاق الصواريخ إلى المدار

يقول بيتر سوان، رئيس الاتحاد الدولي لمصاعد الفضاء ISEC والمؤلف المشارك لتقرير IAA: "تفتح هذه التكنولوجيا فرصًا هائلة، وستوفر للبشرية إمكانية الوصول إلى النظام الشمسي". "أعتقد أن المصاعد الأولى ستعمل في الوضع التلقائي، وبعد 10 أعوام، في غضون 15 عامًا، سيكون لدينا ستة إلى ثمانية من هذه الأجهزة تحت تصرفنا، وهي آمنة بدرجة كافية لنقل الأشخاص.

أصول الفكرة

تكمن الصعوبة في أن ارتفاع هذا الهيكل يجب أن يصل إلى 100000 كيلومتر - وهذا أكثر من خطي استواء أرضيين. وبناء على ذلك، يجب أن يكون الهيكل قويا بما يكفي لتحمل وزنه. ببساطة لا توجد مادة على الأرض تتمتع بخصائص القوة اللازمة.

لكن بعض العلماء يعتقدون أن هذه المشكلة يمكن حلها بالفعل في القرن الحالي. أعلنت إحدى شركات البناء اليابانية الكبرى أنها تخطط لبناء مصعد فضائي بحلول عام 2050. ومؤخرا، ابتكر باحثون أميركيون مادة جديدة تشبه الماس تعتمد على خيوط نانوية من البنزين المضغوط، والتي يمكن أن تجعل قوتها مصعد الفضاء حقيقة واقعة في العديد من البلدان. من حياتنا.

تم النظر في مفهوم المصعد الفضائي لأول مرة في عام 1895 من قبل كونستانتين تسيولكوفسكي. بدأ عالم روسي، مستلهماً برج إيفل الذي تم بناؤه مؤخراً في باريس، البحث في فيزياء بناء برج عملاق يمكنه حمل المركبات الفضائية إلى المدار دون استخدام الصواريخ. في وقت لاحق، في عام 1979، ذكر كاتب الخيال العلمي آرثر سي. كلارك هذا الموضوع في روايته "ينابيع الجنة" - حيث تقوم شخصيته الرئيسية ببناء مصعد فضائي، مشابه في التصميم للمشاريع التي تتم مناقشتها الآن.

والسؤال هو كيفية جلب الفكرة إلى الحياة. يقول كيفن فونغ، مؤسس مركز الارتفاعات والفضاء والطب الشديد في جامعة كوليدج لندن: "أنا أحب جرأة مفهوم المصعد الفضائي". "أستطيع أن أفهم السبب الذي يجعل الناس يجدونها جذابة للغاية: فالقدرة على السفر إلى مدارات أرضية منخفضة بتكلفة زهيدة وآمنة تفتح أمامنا كامل النظام الشمسي الداخلي."

القضايا الأمنية

ومع ذلك، فإن بناء مصعد فضائي لن يكون بالأمر السهل. "بادئ ذي بدء، يجب أن يكون الكابل مصنوعًا من مادة فائقة القوة ولكنها مرنة تتمتع بخصائص الوزن والكثافة اللازمة لدعم وزن المركبات التي تتحرك عليها، وفي الوقت نفسه يكون قادرًا على تحمل القوى الجانبية الثابتة يقول فونغ: "هذه المادة ببساطة غير موجودة في الوقت الحالي. بالإضافة إلى ذلك، فإن بناء مثل هذا المصعد سيتطلب الاستخدام المكثف للمركبات الفضائية وأكبر عدد من عمليات السير في الفضاء في تاريخ البشرية".

ووفقا له، لا يمكن تجاهل قضايا السلامة: “حتى لو تمكنا من التغلب على الصعوبات التقنية الهائلة المرتبطة ببناء المصعد، فإن الهيكل الناتج سيكون عبارة عن سلسلة عملاقة مشدودة، تدفع المركبة الفضائية إلى خارج المدار وتتعرض باستمرار للقصف من الحطام الفضائي. "

هل سيتمكن السائحون يومًا ما من استخدام المصعد للسفر إلى الفضاء؟

على مدار الـ 12 عامًا الماضية، تم نشر ثلاثة تصميمات تفصيلية لمصعد فضائي حول العالم. الأول وصفه براد إدواردز وإريك ويستلينج في كتاب "مصاعد الفضاء" الذي نشر عام 2003. وقد تم تصميم هذا المصعد لنقل 20 طنًا من البضائع باستخدام طاقة منشآت الليزر الموجودة على الأرض. وتبلغ التكلفة التقديرية للنقل 150 دولارًا للكيلوغرام الواحد، وتقدر تكلفة المشروع بـ 6 مليارات دولار.

في عام 2013، طورت أكاديمية IAA هذا المفهوم في مشروعها الخاص، مما يوفر حماية متزايدة لكبائن المصاعد من الظواهر الجوية حتى ارتفاع 40 كم، وعند هذه النقطة يجب أن تكون حركة الكبائن إلى المدار مدعومة بالطاقة الشمسية. وتبلغ تكلفة النقل 500 دولار للكيلوغرام الواحد، وتبلغ تكلفة بناء أول مصعدين من هذا النوع 13 مليار دولار.

اقترحت مفاهيم المصاعد الفضائية المبكرة مجموعة متنوعة من الحلول الممكنة لمشكلة الثقل الموازن الفضائي للحفاظ على الكابل مشدودًا، بما في ذلك استخدام كويكب تم التقاطه ونقله إلى مداره. يشير تقرير IAA إلى أن مثل هذا الحل قد يتم تنفيذه يومًا ما، لكنه غير ممكن في المستقبل القريب.

مخدر"

لدعم كابل يزن 6300 طن، يجب أن يزن ثقل الموازنة 1900 طن. يمكن تشكيله جزئيًا من سفن الفضاء والأجهزة المساعدة الأخرى التي سيتم استخدامها لبناء المصعد. ومن الممكن أيضًا استخدام الأقمار الصناعية القريبة عن طريق سحبها إلى مدار جديد.

ويقترحون أيضًا صنع «المرساة» التي يربط الكابل بالأرض على شكل منصة عائمة بحجم ناقلة نفط كبيرة أو حاملة طائرات، ووضعها بالقرب من خط الاستواء من أجل زيادة قدرتها على التحمل. ويُقترح أن تكون المنطقة الواقعة على بعد 1000 كيلومتر غرب جزر غالاباغوس، والتي نادرًا ما تتعرض للأعاصير والأعاصير والأعاصير، هي الموقع الأمثل لـ "المرساة".

يمكن استخدام الحطام الفضائي كثقل موازن في الطرف العلوي لكابل المصعد الفضائي

أعلنت شركة أوباياشي، إحدى أكبر خمس شركات إنشاءات في اليابان، العام الماضي عن خطط لبناء مصعد فضائي أكثر قوة يمكنه حمل رحلات ماجليف الآلية. يتم استخدام تقنية مماثلة في السكك الحديدية عالية السرعة. هناك حاجة إلى كابل أقوى لأنه من المفترض أن يستخدم المصعد الياباني لنقل الأشخاص. وتقدر تكلفة المشروع بـ 100 مليار دولار، في حين أن تكلفة نقل البضائع إلى المدار يمكن أن تتراوح بين 50 إلى 100 دولار للكيلوغرام الواحد.

في حين أنه سيكون هناك بلا شك العديد من التحديات التقنية في بناء مثل هذا المصعد، فإن العنصر الهيكلي الوحيد الذي لا يمكن بناؤه بعد هو الكابل نفسه، كما يقول سوان: "المشكلة التكنولوجية الوحيدة التي تحتاج إلى حل هي العثور على المادة المناسبة لصنع الكابل هذا كل شيء." يمكننا بناء الباقي الآن."

خيوط الماس

في الوقت الحالي، فإن مادة الكابلات الأكثر ملاءمة هي أنابيب الكربون النانوية، التي تم إنشاؤها في ظروف معملية في عام 1991. تتمتع هذه الهياكل الأسطوانية بقوة شد تبلغ 63 جيجا باسكال، أي أنها أقوى بحوالي 13 مرة من أقوى الفولاذ.

ويتزايد باستمرار الحد الأقصى للطول الذي يمكن تحقيقه لهذه الأنابيب النانوية - ففي عام 2013، تمكن العلماء الصينيون من زيادته إلى نصف متر. ويتوقع مؤلفو تقرير IAA أنه سيتم الوصول إلى الكيلومتر بحلول عام 2022، وبحلول عام 2030. سيكون من الممكن إنشاء أنابيب نانوية ذات طول مناسب للاستخدام في المصعد الفضائي.

في هذه الأثناء، في سبتمبر الماضي، ظهرت مادة جديدة فائقة القوة: في بحث نُشر في مجلة علوم المواد Nature Materials، أفاد فريق من العلماء بقيادة أستاذ الكيمياء جون بيدنج من جامعة ولاية بنسلفانيا عن إنتاج "خيوط نانوية من الماس" فائقة الرقة في المختبر الذي يمكن أن يكون أقوى من أنابيب الكربون النانوية.

لقد قام العلماء بضغط البنزين السائل تحت ضغط جوي يصل إلى 200 ألف مرة. ثم انخفض الضغط ببطء، واتضح أن ذرات البنزين أعيد ترتيبها، مما أدى إلى إنشاء بنية منظمة للغاية من رباعيات الأسطح الهرمية.

ونتيجة لذلك، تم تشكيل خيوط رفيعة للغاية، تشبه إلى حد كبير هيكل الماس. وعلى الرغم من أنه لا يمكن قياس قوتها بشكل مباشر بسبب صغر حجمها، إلا أن الحسابات النظرية تشير إلى أن هذه الخيوط قد تكون أقوى من أقوى المواد الاصطناعية المتاحة.

الحد من المخاطر

يقول بيدنج: "إذا تمكنا من صنع أسلاك نانوية من الألماس أو أنابيب نانوية كربونية بالطول والجودة المناسبين، فيمكننا أن نكون متأكدين تمامًا من أنها ستكون قوية بما يكفي لاستخدامها في مصعد فضائي".

ومع ذلك، حتى لو تمكنت من العثور على مادة مناسبة للكابل، فسيكون تجميع الهيكل أمرًا صعبًا للغاية. على الأرجح، ستنشأ صعوبات تتعلق بضمان سلامة المشروع والتمويل اللازم والإدارة السليمة للمصالح المتنافسة. ومع ذلك، هذا لا يمنع سوان.

بطريقة أو بأخرى، تسعى البشرية إلى الفضاء وهي مستعدة لإنفاق الكثير من المال عليه

ويقول: "بالطبع، سنواجه صعوبات كبيرة، ولكن كان لا بد من حل المشاكل عند بناء أول خط سكة حديد عابر للقارات [في الولايات المتحدة] وعند إنشاء قناتي بنما والسويس". المال، ولكن، كما هو الحال مع أي مشروع كبير، تحتاج فقط إلى حل المشكلات عند ظهورها، مع تقليل المخاطر المحتملة تدريجيًا.

حتى Elon Musk ليس مستعدًا للرفض بشكل قاطع إمكانية إنشاء مصعد فضائي. وقال في مؤتمر عقد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العام الماضي: "لا أعتقد أن هذه الفكرة قابلة للتنفيذ اليوم، ولكن إذا تمكن شخص ما من إثبات خلاف ذلك، فسيكون ذلك رائعًا".

فكرة إنشاء هيكل هندسي فلكي لإطلاق البضائع إلى مدار كوكبي أو حتى أبعد منه. لأول مرة، أعرب كونستانتين تسيولكوفسكي عن هذه الفكرة في عام 1895، وقد تم تطوير الفكرة بالتفصيل في أعمال يوري أرتسوتانوف. يعتمد التصميم الافتراضي على استخدام كابل يمتد من سطح الكوكب إلى محطة مدارية تقع في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض. من المفترض أن تكون هذه الطريقة في المستقبل أرخص بكثير من استخدام مركبات الإطلاق.
يتم تثبيت الكابل من أحد طرفيه على سطح الكوكب (الأرض)، ومن الطرف الآخر عند نقطة ثابتة فوق الكوكب فوق المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO) بسبب قوة الطرد المركزي. يرتفع المصعد الذي يحمل حمولة على طول الكابل. عند الارتفاع، سيتم تسريع الحمل بسبب دوران الأرض، مما سيسمح له بإرساله إلى ما هو أبعد من جاذبية الأرض على ارتفاع عالٍ بما فيه الكفاية.
يتطلب الكابل قوة شد عالية جدًا مع كثافة منخفضة. ووفقا للحسابات النظرية، يبدو أن أنابيب الكربون النانوية هي مادة مناسبة. وإذا افترضنا مدى ملاءمتها لصناعة كابل، فإن إنشاء المصعد الفضائي يعد مشكلة هندسية قابلة للحل، رغم أنها تتطلب استخدام تطورات متقدمة وتكاليف عالية من نوع آخر. تقدر تكلفة إنشاء المصعد بـ 7-12 مليار دولار أمريكي. وتقوم ناسا بالفعل بتمويل التطورات ذات الصلة في المعهد الأمريكي للبحث العلمي، بما في ذلك تطوير مصعد قادر على التحرك بشكل مستقل على طول الكابل.
المحتويات [إزالة]
1 تصميم
1.1 الأساس
1.2 كابل
1.2.1 سماكة الكابل
1.3 ارفع
1.4 ثقل الموازنة
1.5 الزخم الزاوي والسرعة والميل
1.6 الانطلاق إلى الفضاء
2 البناء
3 اقتصاديات المصعد الفضائي
4 الإنجازات
5 الأدب
6 مصعد فضائي بأعمال مختلفة
7 أنظر أيضاً
8 ملاحظات
9 روابط
9.1 المنظمات
9.2 متنوعة
تصميم

هناك العديد من خيارات التصميم. تشتمل جميعها تقريبًا على قاعدة (قاعدة) وكابل (كابل) ومصاعد وثقل موازنة.
قاعدة
قاعدة المصعد الفضائي هي المكان الموجود على سطح الكوكب حيث يتم توصيل الكابل وبدء رفع الحمولة. ويمكن أن تكون متنقلة، وتوضع على متن سفينة عابرة للمحيطات.
ميزة القاعدة المتحركة هي القدرة على أداء المناورات لتجنب الأعاصير والعواصف. مزايا القاعدة الثابتة هي مصادر طاقة أرخص ويمكن الوصول إليها بسهولة، والقدرة على تقليل طول الكابل. يعد الفارق بضعة كيلومترات من الكابل صغيرًا نسبيًا، ولكنه يمكن أن يساعد في تقليل السمك المطلوب للجزء الأوسط منه وطول الجزء الممتد لمستقرة بالنسبة إلى الأرضيدور في مدار.
كابل
يجب أن يكون الكابل مصنوعًا من مادة ذات قوة شد عالية للغاية بالنسبة لنسبة الجاذبية النوعية. سيكون المصعد الفضائي مبررًا اقتصاديًا إذا كان من الممكن إنتاج كابل على نطاق صناعي وبسعر معقول بكثافة مماثلة للجرافيت وقوة تبلغ حوالي 65-120 جيجاباسكال.
وللمقارنة فإن قوة معظم أنواع الفولاذ تبلغ حوالي 1 جيجا باسكال، وحتى أقوى الأنواع لا تزيد عن 5 جيجا باسكال، والفولاذ ثقيل الوزن. تتمتع مادة الكيفلار الأخف بكثير بقوة تتراوح بين 2.6-4.1 جيجا باسكال، بينما تتمتع ألياف الكوارتز بقوة تصل إلى 20 جيجا باسكال وما فوق. قد تكون القوة النظرية لألياف الماس أعلى قليلاً.
وفقًا للنظرية، يجب أن تتمتع الأنابيب النانوية الكربونية بقابلية للتمدد أعلى بكثير من تلك المطلوبة لمصعد الفضاء. ومع ذلك، فإن تكنولوجيا إنتاجها بكميات صناعية ونسجها في الكابلات قد بدأت للتو في التطور. من الناحية النظرية، ينبغي أن تكون قوتها أكثر من 120 جيجا باسكال، لكن من الناحية العملية، كانت أعلى استطالة للأنابيب النانوية أحادية الجدار هي 52 جيجا باسكال، وفي المتوسط تنكسر في نطاق 30-50 جيجا باسكال. أقوى خيط منسوج من الأنابيب النانوية سيكون أضعف من مكوناته. تستمر الأبحاث لتحسين نقاء مادة الأنبوب وإنشاء أنواع مختلفة من الأنابيب.
تستخدم معظم مشاريع المصاعد الفضائية الأنابيب النانوية أحادية الجدار. تتمتع الطبقات المتعددة بقوة أعلى، ولكنها أثقل ولها نسبة قوة إلى كثافة أقل. أحد الخيارات الممكنة هو استخدام الترابط عالي الضغط للأنابيب النانوية أحادية الجدار. في هذه الحالة، على الرغم من فقدان القوة بسبب استبدال الرابطة sp² (الجرافيت والأنابيب النانوية) بالرابطة sp³ (الماس)، إلا أنه سيتم الاحتفاظ بها بشكل أفضل في ليف واحد بواسطة قوى فان دير فالس وستجعل من الممكن إنتاج الألياف ذات طول تعسفي [لم تتم الإشارة إلى 810 يومًا]

عيوب الشبكة البلورية تقلل من قوة الأنابيب النانوية
في تجربة أجراها علماء من جامعة جنوب كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، أظهرت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار قوة محددة أعلى بـ 117 مرة من الفولاذ وأعلى بـ 30 مرة من الكيفلار. كان من الممكن الوصول إلى قيمة 98.9 جيجا باسكال، وكانت القيمة القصوى لطول الأنبوب النانوي 195 ميكرومتر.
تكنولوجيا نسج هذه الألياف لا تزال في مهدها.
وفقا لبعض العلماء، حتى أنابيب الكربون النانوية لن تكون قوية بما يكفي لصنع كابل مصعد فضائي.
تجارب العلماء من التكنولوجيةأتاحت جامعة سيدني إمكانية تصنيع ورق الجرافين. تعتبر اختبارات العينات مشجعة: كثافة المادة أقل بخمس إلى ست مرات من كثافة الفولاذ، في حين أن قوة الشد أعلى بعشر مرات من مقاومة الفولاذ الكربوني. وفي الوقت نفسه، يعد الجرافين موصلًا جيدًا للتيار الكهربائي، مما يسمح باستخدامه لنقل الطاقة إلى المصعد، كحافلة اتصال.
سماكة الكابل

تحقق من المعلومات.

يجب أن يتحمل المصعد الفضائي وزنه على الأقل، وهو وزن كبير نظرًا لطول الكابل. تزيد السماكة من ناحية من قوة الكابل، ومن ناحية أخرى تزيد من وزنه، وبالتالي القوة المطلوبة. سيختلف الحمل عليه في أماكن مختلفة: في بعض الحالات، يجب أن يدعم جزء من الحبل وزن الأجزاء الموجودة أدناه، وفي حالات أخرى يجب أن يتحمل قوة الطرد المركزي التي تحمل الأجزاء العلوية من الحبل في المدار. لإرضاءلهذه الحالة ولتحقيق الأمثلية للكابل عند كل نقطة، سيكون سمكه متغيرًا.
يمكن إثبات أنه مع الأخذ في الاعتبار جاذبية الأرض وقوة الطرد المركزي (ولكن دون الأخذ في الاعتبار التأثير الأصغر للقمر والشمس)، سيتم وصف المقطع العرضي للكابل اعتمادًا على الارتفاع بالصيغة التالية:

هنا A ® هي مساحة المقطع العرضي للكابل كدالة للمسافة r من مركز الأرض.
تستخدم الصيغة الثوابت التالية:
A0 هي مساحة المقطع العرضي للكابل على مستوى سطح الأرض.
ρ هي كثافة مادة الكابل.
s هي قوة الشد لمادة الكابل.
ω هو التردد الدائري لدوران الأرض حول محورها، 7.292×10−5 راديان في الثانية.
r0 هي المسافة بين مركز الأرض وقاعدة الكابل. إنه تقريبًاويساوي نصف قطر الأرض 6,378 كم.
g0 هو تسارع الجاذبية عند قاعدة الكابل، 9.780 م/ث².
تصف هذه المعادلة حبلًا يزداد سمكه في البداية بشكل كبير، ثم يتباطأ نموه على ارتفاع عدة أنصاف أقطار الأرض، ثم يصبح ثابتًا، ويصل في النهاية إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض. بعد ذلك، يبدأ سمك في الانخفاض مرة أخرى.
وبالتالي، فإن نسبة مساحات مقطع الكابل عند القاعدة وعند النقطة المستقرة بالنسبة إلى الأرض (r = 42,164 km) هي:
وبالتعويض هنا عن كثافة وقوة الفولاذ وقطر الكابل عند مستوى الأرض 1 سم، نحصل على قطر عند مستوى GSO يبلغ عدة مئات من الكيلومترات، مما يعني أن الفولاذ والمواد الأخرى المألوفة لدينا غير صالحة لبناء مصعد.
ويترتب على ذلك أن هناك أربع طرق لتحقيق سماكة كابل أكثر معقولية على مستوى GSO:
استخدم مواد أقل كثافة. وبما أن كثافة معظم المواد الصلبة تقع في نطاق صغير نسبيًا من 1000 إلى 5000 كجم/م3، فمن غير المرجح أن يتم تحقيق أي شيء هنا.
استخدم مواد أكثر متانة. الأبحاث تسير بشكل رئيسي في هذا الاتجاه. تعتبر الأنابيب النانوية الكربونية أقوى بعشرات المرات من أفضل أنواع الفولاذ، كما أنها ستقلل بشكل كبير من سمك الكابل على المستوى المستقر بالنسبة إلى الأرض.
ارفع قاعدة الكابل إلى أعلى. ونظرًا لوجود الأسي في المعادلة، فإن رفع القاعدة قليلاً حتى يقلل بشكل كبير من سمك الكابل. يتم اقتراح أبراج يصل ارتفاعها إلى 100 كيلومتر، والتي، بالإضافة إلى توفير الكابل، ستتجنب تأثير العمليات الجوية.
اجعل قاعدة الكابل رفيعة قدر الإمكان. لا يزال يتعين أن يكون سميكًا بدرجة كافية لدعم الرفع المحمل، وبالتالي فإن الحد الأدنى لسمك القاعدة يعتمد أيضًا على قوة المادة. ويحتاج الكابل المصنوع من أنابيب الكربون النانوية إلى أن يكون سمك قاعدته ملليمترًا واحدًا فقط.
هناك طريقة أخرى وهي جعل قاعدة المصعد متحركة. التحرك حتى بسرعة 100 م/ث سيعطي بالفعل زيادة في السرعة الدائرية بنسبة 20% ويقلل طول الكابل بنسبة 20-25%، مما يجعله أخف بنسبة 50% أو أكثر. إذا قمت "بتثبيت" الكابل بسرعة تفوق سرعة الصوت[المصدرغير محدد 664 يومًا] على متن طائرة أو قطار، فلن يتم قياس الزيادة في كتلة الكابل بالنسب المئوية، ولكن بعشرات المرات (ولكن لا يتم أخذ الخسائر في الاعتبار للمقاومةهواء).
يرفع

تحقق من المعلومات.
من الضروري التحقق من دقة الحقائق وموثوقية المعلومات المقدمة في هذه المقالة.
يجب أن يكون هناك شرح في صفحة الحديث.

أسلوب هذا القسم غير موسوعي أو ينتهك قواعد اللغة الروسية.
يجب تصحيح القسم وفقًا للقواعد الأسلوبية في ويكيبيديا.

رسم تصوري لمصعد فضائي يرتفع عبر السحب
لا يمكن للمصعد الفضائي أن يعمل مثل المصعد العادي (بكابلات متحركة) لأن سمك الكابل الخاص به ليس ثابتًا. تستخدم معظم المشاريع رافعة تتسلق كابلًا ثابتًا، على الرغم من اقتراح كابلات متحركة صغيرة مجزأة تعمل على طول الكابل الرئيسي.
تم اقتراح طرق مختلفة لبناء المصاعد. على الكابلات المسطحة، يمكنك استخدام أزواج من البكرات المثبتة في مكانها عن طريق الاحتكاك. الخيارات الأخرى هي تحريك المتحدث باستخدام خطافات على ألواح، وبكرات ذات خطافات قابلة للسحب، والرفع المغناطيسي (غير محتمل، نظرًا لأنه يجب ربط المسارات المرهقة بالكابل)، وما إلى ذلك. [المصدر غير محدد 661 يومًا]
هناك مشكلة خطيرة في تصميم المصعد وهي مصدر الطاقة [المصدر غير محدد 661 يومًا]. من غير المرجح أن تكون كثافة تخزين الطاقة عالية بما يكفي ليحصل المصعد على طاقة كافية لتسلق الكابل بأكمله. مصادر الطاقة الخارجية المحتملة هي أشعة الليزر أو الموجات الدقيقة. الخيارات الأخرى هي استخدام طاقة الكبح من المصاعد التي تتحرك لأسفل. الفرق في درجات حرارة التروبوسفير. التفريغ الأيونوسفيري ، إلخ. الخيار الرئيسي [المصدر غير محدد 661 يومًا] (أشعة الطاقة) له مشاكل خطيرة مرتبطة به بكفاءةوتبديد الحرارة عند كلا الطرفين، على الرغم من أنه إذا كان المرء متفائلاً بشأن التقدم التكنولوجي في المستقبل، فهو ممكن.
يجب أن تتبع المصاعد بعضها البعض على مسافة مثالية لتقليل الحمل على الكابل وتذبذباته وتعظيمالإنتاجية. المنطقة الأكثر غير الموثوقة في الكابل هي بالقرب من قاعدته؛ يجب ألا يكون هناك أكثر من رفع واحد [المصدر غير محدد 661 يومًا]. ستؤدي المصاعد التي تتحرك للأعلى فقط إلى زيادة القدرة، لكنها لن تسمح باستخدام طاقة الكبح عند التحرك للأسفل، ولن تكون قادرة على إعادة الأشخاص إلى الأرض. وبالإضافة إلى ذلك، يجب استخدام مكونات هذه المصاعد في المدار لأغراض أخرى. على أية حال، المصاعد الصغيرة أفضل من الكبيرة لأن جدولها سيكون أكثر مرونة، لكنها تفرض قيودا تكنولوجية أكثر.
بالإضافة إلى ذلك، فإن خيط المصعد نفسه سيختبر باستمرار تأثيرات كل من قوة كوريوليس والتدفقات الجوية. علاوة على ذلك، بما أن "المصعد" يجب أن يكون موجودًا فوق ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرض، فإنه سيخضع لأحمال ثابتة، بما في ذلك أحمال الذروة، على سبيل المثال، الهزات [المصدر غير محدد 579 يومًا].
ومع ذلك، إذا أمكن إزالة العوائق المذكورة أعلاه بطريقة أو بأخرى، فيمكن تحقيق مصعد الفضاء. ومع ذلك، فإن مثل هذا المشروع سيكون مكلفًا للغاية، لكنه قد يتنافس في المستقبل مع المركبات الفضائية التي يمكن التخلص منها وإعادة استخدامها [المصدر غير محدد 579 يومًا].
ثقل الموازنة

تفتقر هذه المقالة إلى روابط لمصادر المعلومات.
يجب أن تكون المعلومات قابلة للتحقق، وإلا فقد يتم التشكيك فيها وحذفها.
يمكنك تحرير هذه المقالة لتضمين روابط لمصادر موثوقة.
هذه العلامة موجودة على المقالة منذ 13 مايو 2011.
يمكن إنشاء ثقل الموازنة بطريقتين - عن طريق ربط جسم ثقيل (على سبيل المثال، كويكب) أبعد من المدار الثابت بالنسبة للأرضمدار أو استمرار الحبل نفسه على مسافة كبيرة لمستقرة بالنسبة إلى الأرضيدور في مدار. أصبح الخيار الثاني أكثر شعبية في الآونة الأخيرة لأنه أسهل في التنفيذ، بالإضافة إلى أنه من الأسهل إطلاق الأحمال إلى كواكب أخرى من نهاية كابل ممدود، لأنه يتمتع بسرعة كبيرة بالنسبة للأرض.
الزخم الزاوي والسرعة والميل

هذه المقالة أو القسم يحتاج إلى مراجعة.
يرجى تحسين المقالة بما يتوافق مع قواعد كتابة المقالات.

عندما يتحرك المصعد للأعلى، يميل المصعد بمقدار درجة واحدة لأن الجزء العلوي من المصعد يتحرك حول الأرض بشكل أسرع من الجزء السفلي (تأثير كوريوليس). لم يتم حفظ المقياس
وتزداد السرعة الأفقية لكل قسم من الكابل مع الارتفاع بما يتناسب مع المسافة إلى مركز الأرض، حيث تصل إلى على الأرض الثابتةمدار سرعة الهروب الأولى. ولذلك، عند رفع حمولة، فإنه يحتاج إلى الحصول على زخم زاوي إضافي (السرعة الأفقية).
يتم الحصول على الزخم الزاوي بسبب دوران الأرض. في البداية، يتحرك المصعد بشكل أبطأ قليلاً من الكابل (تأثير كوريوليس)، وبالتالي "يبطئ" الكابل ويحرفه قليلاً نحو الغرب. عند سرعة الصعود 200 كم/ساعة، سوف يميل الكابل بمقدار درجة واحدة. المكون الأفقي للتوتر في غير عمودييسحب الكابل الحمولة إلى الجانب، ويسرعها في الاتجاه الشرقي (انظر الرسم البياني) - ونتيجة لذلك، يكتسب المصعد سرعة إضافية. ووفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن الكابل يبطئ حركة الأرض بمقدار صغير.
في الوقت نفسه، فإن تأثير قوة الطرد المركزي يجبر الكابل على العودة إلى الوضع الرأسي المناسب للطاقة، بحيث يكون في حالة توازن مستقر. إذا كان مركز ثقل المصعد دائمًا فوق المدار الثابت بالنسبة للأرض، بغض النظر عن سرعة المصعد، فلن يسقط.
بحلول الوقت الذي تصل فيه الحمولة إلى مدار الأرض، يكون زخمها الزاوي (السرعة الأفقية) كافيًا لإطلاق الحمولة إلى المدار.
عند خفض الحمل، ستحدث العملية العكسية، بإمالة الكابل إلى الشرق.
انطلق إلى الفضاء
وفي نهاية الكابل على ارتفاع 144 ألف كيلومتر، سيكون المكون العرضي للسرعة 10.93 كيلومترًا في الثانية، وهو أكثر من كافٍ لمغادرة مجال الجاذبية الأرضية وإطلاق السفن إلى زحل. إذا سُمح للجسم بالانزلاق بحرية على طول الجزء العلوي من الحبل، فسيكون لديه سرعة كافية للهروب من النظام الشمسي. سيحدث هذا بسبب انتقال الزخم الزاوي الإجمالي للكابل (والأرض) إلى سرعة الجسم المطلق.
لتحقيق سرعات أكبر، يمكنك إطالة الكابل أو تسريع الحمل باستخدام الكهرومغناطيسية.
بناء

البناء جار من ثابتة بالنسبة للأرضمحطات. هذا هو الشيء الوحيدمكان يمكن للمركبة الفضائية أن تهبط فيه. ينحدر أحد طرفيه إلى سطح الأرض ممتدًا بقوة الجاذبية. آخر، ل التوازن، - في الاتجاه المعاكسالجانب، يتم سحبه بواسطة قوة الطرد المركزي. وهذا يعني أنه يجب رفع جميع مواد البناء إلى الأرض الثابتةالمدار بالطريقة التقليدية، بغض النظر عن وجهة الشحن. أي تكلفة رفع المصعد الفضائي بأكمله إلى الأرض الثابتةالمدار - الحد الأدنى لسعر المشروع.
اقتصاديات المصعد الفضائي

من المفترض أن المصعد الفضائي سيقلل بشكل كبير من تكلفة إرسال البضائع إلى الفضاء. إن بناء المصاعد الفضائية مكلف، لكن تكاليف تشغيلها منخفضة، لذا من الأفضل استخدامها لفترات طويلة من الزمن لنقل كميات كبيرة جدًا من البضائع. في الوقت الحالي، قد لا يكون سوق إطلاق الأحمال كبيرًا بما يكفي لتبرير بناء مصعد، لكن التخفيض الكبير في السعر يجب أن يؤدي إلى تنوع أكبر في الأحمال. البنية التحتية الأخرى للنقل - الطرق السريعة والسكك الحديدية - تبرر نفسها بنفس الطريقة.
تكلفة تطوير المصعد مماثلة لتكلفة تطوير مكوك فضائي [المصدر غير محدد 810 يومًا]. لا يوجد حتى الآن إجابة على سؤال ما إذا كان المصعد الفضائي سيعيد الأموال المستثمرة فيه أم أنه سيكون من الأفضل استثماره في مواصلة تطوير تكنولوجيا الصواريخ.
لا ينبغي لنا أن ننسى الحد الأقصى لعدد أقمار الترحيل على الأرض الثابتةالمدار: تسمح الاتفاقيات الدولية حاليًا بـ 360 قمرًا صناعيًا - جهاز إرسال واستقبال واحد لكل درجة زاوية، لتجنب التداخل عند البث في نطاق التردد Ku. بالنسبة للترددات C، يقتصر عدد الأقمار الصناعية على 180.
وبالتالي، فإن المصعد الفضائي مناسب إلى الحد الأدنى لعمليات الإطلاق الجماعية إلى الأرض الثابتةمدار [المصدر غير محدد 554 يومًا] وهو الأنسب لاستكشاف الفضاء الخارجي والقمر بشكل خاص.
يفسر هذا الظرف الفشل التجاري الحقيقي للمشروع، حيث تركز التكاليف المالية الرئيسية للمنظمات غير الحكومية لبث الأقمار الصناعية،يشغل إما مدارًا ثابتًا بالنسبة للأرض (التلفزيون والاتصالات) أو مدارات أقل (أنظمة تحديد المواقع العالمية، ومراقبة الموارد الطبيعية، وما إلى ذلك).
ومع ذلك، يمكن أن يكون المصعد مشروعًا هجينًا، وبالإضافة إلى وظيفة إيصال البضائع إلى المدار، يظل قاعدة لبرامج بحثية وتجارية أخرى لا تتعلق بالنقل.
الإنجازات

منذ عام 2005، تقام مسابقة Space Elevator Games السنوية في الولايات المتحدة، والتي تنظمها مؤسسة Spaceward Foundation بدعم من وكالة ناسا. هناك فئتان في هذه المسابقات: "أفضل كابل" و"أفضل روبوت (مصعد)".
وفي مسابقة الرفع، يجب على الروبوت أن يقطع مسافة محددة، ويتسلق كابلًا رأسيًا بسرعة لا تقل عن تلك التي تحددها القواعد. (في المسابقاتفي عام 2007، كانت المعايير كما يلي: طول الكابل - 100 متر، الحد الأدنى للسرعة - 2 م / ث). وكانت أفضل نتيجة لعام 2007 هي قطع مسافة 100 متر بمتوسط سرعة 1.8 م/ث.
بلغ إجمالي جوائز مسابقة Space Elevator Games في عام 2009 4 ملايين دولار.
في مسابقة قوة الحبل، يجب تزويد المشاركين بحلقة بطول مترين مصنوعة من الثقيلةمادة لا يزيد وزنها عن 2 جرام، ويتم تركيبها باختبارات خاصة للتأكد من عدم التمزق. للفوز بالمسابقة، يجب أن تكون قوة الكابل أكبر بنسبة 50% على الأقل في هذا المؤشر من العينة المتاحة لناسا بالفعل. أفضل نتيجة حتى الآن تعود إلى الكابل الذي يتحمل حمولة تصل إلى 0.72 طن.
لا تشمل المنافسة مجموعة ليفتبورت، التي اكتسبت سمعة سيئة بسبب ادعاءاتها بإطلاق مصعد فضائي في عام 2018 (تم تأجيله لاحقًا إلى عام 2031). تجري شركة Liftport تجاربها الخاصة، على سبيل المثال، في عام 2006، تسلق المصعد الآلي حبلًا قويًا ممتدًا بمساعدة البالونات. من أصل كيلومتر ونصف، تمكن المصعد من تغطية 460 مترًا فقط. وتخطط الشركة في المرحلة التالية لإجراء اختبارات على كابل يبلغ ارتفاعه 3 كيلومترات.
أقيمت مسابقة ألعاب Space Elevator، التي نظمتها مؤسسة Spaceward ووكالة ناسا، في الفترة من 4 إلى 6 نوفمبر 2009، في جنوب كاليفورنيا، في مركز درايدن لأبحاث الطيران، داخل حدود قاعدة إدواردز الجوية الشهيرة. وكان طول الكابل التجريبي 900 متر، وتم رفع الكابل باستخدام طائرة هليكوبتر. أخذت الصدارة شركة LaserMotive التي قدمت مصعداً بسرعة 3.95 م/ث، وهي قريبة جداً من السرعة المطلوبة. قطع المصعد طول الكابل بالكامل في 3 دقائق و49 ثانية؛ وحمل المصعد حمولة قدرها 0.4 كجم.
في أغسطس 2010، عرضت LaserMotive أحدث اختراعاتها في مؤتمر AUVSI للأنظمة غير المأهولة في دنفر، كولورادو. سيساعد نوع جديد من الليزر في نقل الطاقة لمسافات طويلة بشكل اقتصادي أكثر؛ حيث يستهلك الليزر عددًا قليلًا من الواطات.
الأدب

يوري أرتسوتانوف "في الفضاء - على قاطرة كهربائية"صحيفة "كومسومولسكايا برافدا" بتاريخ 31 يوليو 1960.
ألكسندر بولونكين "الإطلاق والطيران في الفضاء غير الصاروخي"، إلسفير، 2006، 488 صفحة. http://www.scribd.com/doc/24056182
مصعد الفضاء في أعمال مختلفة

أحد أعمال آرثر سي كلارك الشهيرة، نوافير الجنة، مبني على فكرة المصعد الفضائي. بالإضافة إلى ذلك، يظهر مصعد فضائي و في النهايةأجزاء من رباعيته الشهيرة رحلة في الفضاء (3001: الأوديسة النهائية).
تتميز Battle Angel بمصعد فضائي سيكلوب، في أحد طرفيه توجد مدينة سالم السماوية (للمواطنين) إلى جانب مدينة سفلية (لغير المواطنين)، وفي الطرف الآخر توجد مدينة الفضاء يرو. يوجد هيكل مماثل على الجانب الآخر من الأرض.
في ستار تريك: فوييجر الحلقة 3x19 "ارتفع"، يساعد المصعد الفضائي الطاقم على الهروب من كوكب ذو جو خطير.
الحضارة الرابعة لديها مصعد فضائي. ها هو واحد من "المعجزات الكبرى" اللاحقة.
تذكر رواية الخيال العلمي لتيموثي زان "دودة القز" (1985) كوكبًا قادرًا على إنتاج ألياف فائقة. أراد أحد السباقات المهتمة بالكوكب الحصول على هذه الألياف خصيصًا لبناء مصعد فضائي.
في رواية سيرجي لوكيانينكو "النجوم هي ألعاب باردة"، قامت إحدى الحضارات خارج كوكب الأرض، في عملية التجارة بين النجوم، بتسليم الأرض خيوطًا فائقة القوة يمكن استخدامها لبناء مصعد فضائي. لكن الحضارات خارج كوكب الأرض أصرت على وجه الحصر على الاستخداملهم للغرض المقصود - للمساعدة أثناء الولادة.
في الأنمي Mobile Suit Gundam 00، هناك ثلاثة مصاعد فضائية؛ كما تم ربط حلقة من الألواح الشمسية بها، مما يسمح باستخدام المصعد الفضائي لتوليد الكهرباء.
في الأنمي Z.O.E. تتميز دولوريس بوجود مصعد فضائي، وتُظهر أيضًا ما يمكن أن يحدث في حالة وقوع هجوم إرهابي.
في رواية الخيال العلمي "محكوم عليهم بالنصر" للكاتب جيه سكالزي (المهندس سكالزي، جون. حرب الرجل العجوز)، تُستخدم أنظمة المصاعد الفضائية بنشاط على الأرض والعديد من المستعمرات الأرضية وبعض الكواكب من الأجناس الذكية الأخرى المتطورة للغاية للتواصل مع أرصفة السفن بين النجوم.
في رواية الخيال العلمي "غدًا سيكون الخلود" للكاتب ألكسندر جروموف، تدور الحبكة حول حقيقة وجود مصعد فضائي. هناك جهازان - مصدر وجهاز استقبال، باستخدام "شعاع الطاقة"، قادر على رفع "كابينة" المصعد إلى المدار.
رواية أليستر رينولدز الخيالية مدينة الهاوية تقدم وصفًا تفصيليًا للهيكل والأداءمصعد فضائي، يتم وصف عملية تدميره (نتيجة هجوم إرهابي).
رواية الخيال العلمي لتيري براتشيت ستراتا تعرض الخط، وهو جزيء اصطناعي طويل للغاية يستخدم كمصعد فضائي.
مذكور في أغنية فرقة زفوكي مو "المصعد إلى السماء"
تم ذكر مصعد الفضاء في سلسلة الرسوم المتحركة Trinity Blood، حيث تعمل سفينة الفضاء Arc كثقل موازن.
في بداية لعبة Sonic Colors، يمكن رؤية Sonic وTails وهما يستقلان المصعد الفضائي للوصول إلى Dr. Eggman's Park
أنظر أيضا

بندقية الفضاء
ابدأ الحلقة
نافورة الفضاء
ملحوظات

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html مصعد الفضاء وتكنولوجيا النانو
إلى الفضاء - على المصعد! // KP.RU
مدارات المصعد الفضائي اجتماعية سياسية والعلم الشعبيمجلة الفضاء الروسية العدد 11، 2008
الأنابيب النانوية الكربونية أقوى بمرتين من الفولاذ
غشاء | أخبار العالم | الأنابيب النانوية لن تنجو من المصعد الفضائي
تبين أن ورق الجرافين الجديد أقوى من الفولاذ
ليميشكو أندريه فيكتوروفيتش. مصعد الفضاء Lemeshko A.V./ مصعد الفضاء Lemeshko A.V.
ar:القنوات الفضائية#التكنولوجيا
المصعد إلى السماء يسجل أرقاماً قياسية مع التركيز على المستقبل
تم تطوير ليزر يمكنه تشغيل المصاعد الفضائية
LaserMotive تعرض طائرة هليكوبتر تعمل بالليزر في أنظمة AUVSI غير المأهولة بأمريكا الشمالية 2010

إحدى العقبات الخطيرة التي تحول دون تنفيذ العديد من المشاريع النجمية هي أنه بسبب حجمها ووزنها الهائلين، لا يمكن بناء السفن على الأرض. يقترح بعض العلماء جمعها في الفضاء الخارجي، حيث، بفضل انعدام الوزن، يمكن لرواد الفضاء بسهولة رفع وتحريك الأجسام الثقيلة بشكل لا يصدق. لكن المنتقدين اليوم يشيرون بحق إلى التكلفة الباهظة للتجميع في الفضاء. على سبيل المثال، سيتطلب التجميع الكامل لمحطة الفضاء الدولية حوالي 50 عملية إطلاق مكوكية، وتقترب تكلفتها، بما في ذلك هذه الرحلات، من 100 مليار دولار. وهذا هو أغلى مشروع علمي في التاريخ، إلا بناء مركب شراعي فضائي بين النجوم سفينة نفاث نفاث في الفضاء الخارجي سيكلف القمع عدة مرات.

ولكن، كما أحب كاتب الخيال العلمي روبرت هاينلين أن يقول، إذا تمكنت من الارتفاع بمقدار 160 كيلومترًا فوق الأرض، فأنت بالفعل في منتصف الطريق إلى أي نقطة في النظام الشمسي. وذلك لأنه مع أي عملية إطلاق، أول 160 كيلومترًا، عندما يحاول الصاروخ الهروب من قيود الجاذبية، "يأكل" نصيب الأسد من التكلفة. بعد ذلك، يمكن القول أن السفينة قادرة بالفعل على الوصول إلى بلوتو أو أبعد من ذلك.

إحدى الطرق لتقليل تكلفة الرحلات الجوية بشكل كبير في المستقبل هي بناء مصعد فضائي. إن فكرة الصعود إلى السماء باستخدام الحبل ليست جديدة - خذ على سبيل المثال الحكاية الخيالية "جاك وشجرة الفاصولياء" ؛ الحكاية الخيالية هي حكاية خرافية، ولكن إذا أخذت نهاية الحبل إلى الفضاء، فمن الممكن أن تتحقق الفكرة. في هذه الحالة، ستكون قوة الطرد المركزي لدوران الأرض كافية لتحييد قوة الجاذبية، ولن يسقط الحبل على الأرض أبدًا. سوف ترتفع بشكل سحري عموديًا إلى الأعلى وتختفي في السحب.

(تخيل كرة تدور حول خيط. لا يبدو أن الكرة تتأثر بالجاذبية؛ والحقيقة هي أن قوة الطرد المركزي تدفعها بعيدًا عن مركز الدوران. وبنفس الطريقة، يمكن لحبل طويل جدًا أن يتدلى في الهواء بسبب دوران الأرض.) ليست هناك حاجة للإمساك بالحبل؛ فدوران الأرض سيكون كافيًا. من الناحية النظرية، يمكن لأي شخص أن يتسلق مثل هذا الحبل ويرتفع مباشرة إلى الفضاء. أحيانًا نطلب من طلاب الفيزياء حساب قوة الشد في مثل هذا الحبل. ومن السهل أن نبين أنه حتى الكابل الفولاذي لا يمكنه تحمل مثل هذا التوتر؛ وفي هذا الصدد، كان يُعتقد لفترة طويلة أنه لا يمكن تحقيق المصعد الفضائي.

كان أول عالم أصبح مهتمًا جديًا بمشكلة المصعد الفضائي هو العالم الروسي صاحب الرؤية كونستانتين تسيولكوفسكي. في عام 1895 ᴦ. مستوحى من برج إيفل، تخيل برجًا يرتفع مباشرة إلى الفضاء الخارجي ويربط الأرض بـ "قلعة نجمية" تطفو في الفضاء. كان من المفترض أن يتم بناؤه من الأسفل إلى الأعلى، بدءاً من الأرض، حيث سيقوم المهندسون ببناء مصعد فضائي ببطء إلى السماء.

في عام 1957 ᴦ. اقترح العالم الروسي يوري أرتسوتانوف حلاً جديدًا: بناء مصعد فضائي بترتيب عكسي، من الأعلى إلى الأسفل، بدءًا من الفضاء. تخيل المؤلف قمرا صناعيا في مدار ثابت بالنسبة للأرض على مسافة 36000 كيلومتر من الأرض - من الأرض سيبدو بلا حراك؛ ومن هذا القمر الصناعي تم اقتراح إنزال كابل إلى الأرض ثم تثبيته عند أدنى نقطة. تكمن المشكلة في أن كابل المصعد الفضائي يجب أن يتحمل شدًا يتراوح بين 60 إلى 100 جيجا باسكال. ينكسر الفولاذ عند حوالي 2 جيجا باسكال من التوتر، مما يتعارض مع الغرض من الفكرة.

تم تعريف جمهور أوسع بفكرة المصعد الفضائي لاحقًا؛ في عام 1979 ᴦ. نُشرت رواية آرثر سي كلارك ينابيع الجنة عام 1982. - رواية روبرت هاينلاين "الجمعة". ولكن منذ توقف التقدم في هذا الاتجاه، فقد تم نسيانه.

تغير الوضع بشكل كبير عندما اخترع الكيميائيون أنابيب الكربون النانوية. زاد الاهتمام بها بشكل حاد بعد نشرها في عام 1991. بقلم سوميو إيجيما من شركة نيبون إلكتريك. (يجب القول إن وجود أنابيب الكربون النانوية كان معروفًا منذ الخمسينيات من القرن الماضي، لكن لم يتم الاهتمام بها لفترة طويلة.) الأنابيب النانوية أقوى بكثير، ولكنها في نفس الوقت أخف بكثير من الكابلات الفولاذية. بالمعنى الدقيق للكلمة، قوتها تتجاوز المستوى المطلوب لمصعد الفضاء. وفقًا للعلماء، يجب أن تتحمل ألياف الأنابيب النانوية الكربونية ضغوطًا تصل إلى 120 جيجا باسكال، وهو أعلى بكثير من الحد الأدنى المهم للغاية. بعد هذا الاكتشاف، استؤنفت محاولات إنشاء مصعد فضائي بقوة متجددة.

ب 1999 ᴦ. وتم نشر دراسة كبرى لوكالة ناسا؛ لقد تصورت مصعدًا فضائيًا على شكل شريط يبلغ عرضه حوالي متر واحد وطوله حوالي 47000 كيلومتر، قادر على توصيل حمولة تزن حوالي 15 طنًا إلى مدار حول الأرض. إن تنفيذ مثل هذا المشروع من شأنه أن يغير اقتصاديات الفضاء بشكل فوري وكامل السفر إلى الفضاء. وستنخفض تكلفة تسليم البضائع إلى المدار على الفور بمقدار 10000 مرة؛ مثل هذا التغيير لا يمكن أن يسمى أي شيء آخر غير الثوري.

واليوم، تبلغ تكلفة توصيل رطل واحد من البضائع إلى المدار الأرضي المنخفض ما لا يقل عن 10 آلاف دولار، وبالتالي فإن تكلفة كل رحلة مكوكية تبلغ نحو 700 مليون دولار من شأنها أن تخفض تكاليف التوصيل إلى دولار واحد لكل رطل. مثل هذا التخفيض الجذري في تكلفة برنامج الفضاء يمكن أن يغير تمامًا الطريقة التي نفكر بها في السفر إلى الفضاء. بضغطة زر بسيطة، يمكنك تشغيل المصعد والصعود إلى الفضاء الخارجي بنفس سعر تذكرة الطائرة على سبيل المثال.

لكن قبل أن نبني مصعدًا فضائيًا يمكنه أن يأخذنا بسهولة إلى السماء، علينا التغلب على عقبات خطيرة للغاية. اليوم، أطول ألياف الكربون النانوية المنتجة في المختبر لا يزيد طولها عن 15 ملم. سيتطلب المصعد الفضائي كابلات من الأنابيب النانوية يبلغ طولها آلاف الكيلومترات. بالطبع، من وجهة نظر علمية، هذه مشكلة فنية بحتة، ولكن من المهم للغاية حلها، ويمكن أن تكون عنيدة وصعبة. ومع ذلك، فإن العديد من العلماء مقتنعون بأن الأمر سيستغرق عدة عقود من الزمن حتى نتقن تكنولوجيا إنتاج كابلات طويلة من أنابيب الكربون النانوية.

المشكلة الثانية هي أنه بسبب الاضطرابات المجهرية في بنية أنابيب الكربون النانوية، فإن الحصول على كابلات طويلة قد يكون مشكلة بشكل عام. ويقدر نيكولا بوجنو من جامعة بوليتكنيكو دي تورينو أنه إذا كانت ذرة واحدة فقط في أنبوب الكربون النانوي خارج مكانها، فإن قوة الأنبوب يمكن أن تنخفض على الفور بنسبة 30٪. بشكل عام، يمكن للعيوب على المستوى الذري أن تسلب كابل الأنابيب النانوية 70% من قوته؛ في هذه الحالة، سيكون الحمل المسموح به أقل من الحد الأدنى للجيجاباسكال، والذي بدونه يستحيل بناء مصعد فضائي.

وفي محاولة لتحفيز اهتمام أصحاب المشاريع الخاصة بتطوير مصعد فضائي، أعلنت وكالة ناسا عن مسابقتين منفصلتين. (تم أخذ مسابقة Ansari X-Prize التي تبلغ قيمتها 10 ملايين دولار كمثال على ذلك. وقد نجحت المسابقة في إثارة اهتمام المستثمرين المغامرين بإنشاء صواريخ تجارية قادرة على رفع الركاب إلى حافة الفضاء الخارجي؛ وكانت الجائزة المعلنة هي تم استلامها في عام 2004 بواسطة سفينة SpaceShipOne.\"تُسمى مسابقات ناسا السابعة تحدي Beam Power وتحدي Tether.

للفوز بالجائزة الأولى، يجب على فريق من الباحثين إنشاء جهاز ميكانيكي قادر على رفع حمولة تزن 25 كجم على الأقل (بما في ذلك وزنها) فوق كابل (معلق، على سبيل المثال، من ذراع الرافعة) بسرعة 1 م/ث لكل ارتفاع 50 م قد تبدو المهمة بسيطة، لكن المشكلة هي أن هذا الجهاز لا يحتاج إلى استخدام الوقود أو البطاريات أو الكابلات الكهربائية. وبدلاً من ذلك، يجب أن يتم تشغيل المصعد الآلي بواسطة الألواح الشمسية أو العاكسات الشمسية أو الليزر أو إشعاع الميكروويف، أي من مصادر الطاقة الملائمة للاستخدام في الفضاء.

للفوز بتحدي الحبل، يجب على الفريق تقديم قطع حبل بطول مترين ولا يزيد وزن كل منها عن جرامين؛ علاوة على ذلك، يجب أن يتحمل هذا الكابل حمولة أكبر بنسبة 50٪ من أفضل مثال في العام السابق. الهدف من هذه المسابقة هو تحفيز البحث في تطوير مواد خفيفة الوزن للغاية وقوية بما يكفي لتمديدها لمسافة 100 ألف كيلومتر في الفضاء. سيحصل الفائزون على جوائز بقيمة 150 ألف دولار، و40 ألف دولار، و10 آلاف دولار (للتأكيد على صعوبة المهمة، في عام 2005 - السنة الأولى للمسابقة - لم يحصل أحد على الجائزة).

بالطبع، يمكن لمصعد مساحة العمل أن يغير برنامج الفضاء بشكل كبير، ولكن له أيضًا عيوبه. وبالتالي، فإن مسار الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض يتغير باستمرار بالنسبة للأرض (لأن الأرض تدور تحتها). وهذا يعني أنه مع مرور الوقت، يمكن لأي من الأقمار الصناعية أن يصطدم بمصعد فضائي بسرعة 8 كم/ثانية؛ سيكون هذا أكثر من كافٍ لكسر الكابل. ولمنع وقوع كارثة مماثلة في المستقبل، سيكون من الضروري إما توفير صواريخ صغيرة على كل قمر صناعي تسمح له بتجاوز المصعد، أو تجهيز الحبل نفسه بصواريخ صغيرة حتى يتمكن من التحرك خارج مسار الأقمار الصناعية. .

في الوقت نفسه، يمكن أن تصبح الاصطدامات مع النيازك الدقيقة مشكلة - بعد كل شيء، سيرتفع المصعد الفضائي إلى ما هو أبعد من الغلاف الجوي للأرض، والذي يحمينا في معظم الحالات من النيازك. وبما أنه لا يمكن التنبؤ بمثل هذه الاصطدامات، فيجب أن يكون المصعد الفضائي مجهزًا بحماية إضافية وربما حتى أنظمة احتياطية آمنة من الفشل. يمكن أن تشكل الظواهر الجوية مثل الأعاصير وأمواج المد والعواصف مشكلة أيضًا.

في القرن الحادي والعشرين، لم تعد المصاعد مجرد آليات ترفع الأحمال إلى ارتفاع معين. مع زيادة السرعة والقدرة على التحميل، أصبحت المصاعد أكثر من مجرد مركبات.

وكمثال على ذلك، يمكننا أن نقدم عملاق السيارات الياباني، ميتسوبيشي. وقام مهندسوها بتطوير مصعد قادر على الارتفاع بسرعة 60 كم/ساعة. ولكن كما سترون الآن، هذا ليس الحد الأقصى.

وبطبيعة الحال، تم تصميم هذه المصاعد لأطول المباني في العالم - ناطحات السحاب. ولا يهم في أي بلد يقع المبنى، والشيء الرئيسي هو أن المصعد يعمل. وإلا كيف يمكنك رفع الناس إلى ارتفاع 50 طابقا؟ وفي 100؟ إذا ظل معدل الصعود كما هو، فسوف يتدفق الوقت ببطء لا يصدق. ولذلك، فإن قدرة المصاعد تتزايد كل يوم.

الأفضل في هذا الأمر هم اليابانيون. أعلنت شركة أوباياشي، بعد بعض التفكير، أن ناطحات السحاب بعيدة كل البعد عن الحد الأقصى. يقوم مهندسو الشركة بإنشاء مصعد إلى الفضاء. زمن الإنشاء: حوالي 40 سنة. على الأرجح، بحلول عام 2050 سيتم الانتهاء من البناء الفخم.

من المخطط جعل مقصورة المصعد واسعة قدر الإمكان لرفع عشرات الأشخاص. سوف يرتفع الناس حتى يجدوا أنفسهم في الفضاء. من الناحية التكنولوجية هذا ممكن. بعد كل شيء، قام مهندسون من اليابان بتطوير كابل خاص مصنوع من أنابيب الكربون النانوية. هذه المادة أقوى بحوالي عشرين مرة وأكثر متانة من أقوى أنواع الفولاذ في العالم، ويمكنك مشاهدة أفلام وثائقية حول هذا الموضوع عبر الإنترنت. علاوة على ذلك، سيرتفع المصعد بسرعة 200 كم/ساعة، مما يعني الوصول إلى ارتفاع 36 ألف كيلومتر خلال أسبوع واحد فقط.

من الصعب تحديد من سيخصص الأموال لمثل هذا المشروع. بعد كل شيء، استمر تطوير المصعد الفضائي لسنوات عديدة، بدءًا من النظريات حول هذا الأمر في بداية القرن العشرين.

عادة، يأخذ موظفو ناسا مثل هذه المشاريع الطموحة بأيديهم، لكنهم الآن، مثل الولايات المتحدة ككل، لديهم مشاكل ضخمة في المجال الاقتصادي.

هل سيكون اليابانيون قادرين على تنفيذ مثل هذا المشروع الضخم؟ هل ستكون قادرة على دفع تكاليفها وتحقيق ربح حقيقي؟ لن نتمكن من الإجابة على هذه الأسئلة. ومع ذلك، فإن حقيقة تفكير اليابانيين من حيث العقود المقبلة تذكرنا مرة أخرى بأن التخطيط ليس أقوى سمة للعقلية الروسية.

وطالما يتم تعميم العلوم في اليابان بهذه الطريقة، فلا داعي للقلق بشأن قطاعها التكنولوجي، الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتسويق والاقتصاد، والذي بدوره يغذي العلم.

سيقوم اليابانيون ببناء مصعد إلى الفضاء بحلول عام 2050

سيكون هذا الجهاز قادرًا على إيصال الأشخاص والبضائع إلى المحطة الفضائية، والتي ستظهر أيضًا في المستقبل.

أعلنت شركة أوباياشي اليابانية عن خططها لبناء مصعد إلى الفضاء بحلول عام 2050. ويعد اليابانيون بأنه سيكون قادرًا على الارتفاع إلى ارتفاع 60 ألف ميل ونقل الأشخاص والبضائع إلى محطة فضائية، والتي ستظهر أيضًا في المستقبل البعيد. تقارير ايه بي سي نيوز.

ويضمن المصنعون أيضًا أن المصعد الجديد سيكون أكثر أمانًا وأرخص من المكوك الفضائي. وفي الوقت الحالي، تبلغ تكلفة إرسال كيلوغرام واحد من البضائع بالحافلة المكوكية حوالي 22 ألف دولار. وسيتمكن جهاز الخيال العلمي أوباياشي من نقل ما يصل إلى 200 كيلوغرام مقابل نفس المبلغ.

تعتقد إدارة شركة البناء أن ظهور نظام النقل هذا سيصبح ممكنًا مع ظهور المواد الكربونية النانوية. وفقًا للمدير التنفيذي لشركة أوباياشي، يوجي إيشيكاوا، ستكون كابلات المصعد عبارة عن أنابيب نانوية مستقبلية أقوى بمئة مرة من تلك المصنوعة من الفولاذ. في الوقت الحالي، لا يمكننا إنشاء كابلات طويلة. وقال إنه لا يزال بإمكاننا صنع أنابيب نانوية قطرها 3 سنتيمترات، ولكن بحلول عام 2030 سننجح، مضيفا أن المصعد سيكون قادرا على إيصال ما يصل إلى 30 شخصا إلى المحطة الفضائية في أسبوع واحد فقط.

يعتقد أوباياشي أن مصعده سيحدث ثورة في السفر إلى الفضاء. تقوم الشركة بإشراك الطلاب من جميع الجامعات في اليابان للعمل في هذا المشروع. كما أنها تأمل في التعاون مع العلماء الأجانب.

تعتبر المصاعد اليابانية من أفضل المصاعد في العالم. كما تعمل شركة يابانية حاليًا على تطوير أسرع مصعد على وجه الأرض. وستقدمها شركة هيتاشي إلى إحدى ناطحات السحاب الصينية. وسيكون هذا المصعد قادرا على الوصول إلى سرعات تصل إلى 72 كيلومترا في الساعة ويرتفع إلى ارتفاع 440 مترا، أي حتى الطابق 95.

منذ حوالي خمسين عامًا، اعتقد الناس أنه بحلول عصرنا هذا، ستكون الرحلات الفضائية متاحة مثل السفر بوسائل النقل العام في أيامهم. ولسوء الحظ، فإن هذه الآمال لم تتحقق. ولكن ربما سيكون من الممكن بالفعل في عام 2050 الوصول إلى الفضاء بالمصعد - وقد قدمت شركة Obayashi Corporation اليابانية مفهوم هذه السيارة.

المصاعد مختلفة! يوجد مصعد عادي، ويوجد مصعد في الحمام، ويوجد مصعد داخل حوض السمك، وتعد شركة أوباياشي بإطلاق مصعد إلى الفضاء خلال عقود قليلة! في الواقع، هناك العديد من المجموعات العلمية والهندسية حول العالم، التي تشرف عليها وكالة الفضاء ناسا، تعمل على إنشاء مثل هذه التقنيات. ومع ذلك، وفقا لليابانيين، فإن هذه العملية تتم ببطء شديد، لذلك قررت شركة أوباياشي تطوير مصعد فضائي بشكل مستقل.

الإنجاز الرئيسي لمسابقات ناسا هو أنها أثبتت إمكانية إنشاء مصعد فضائي. تعد شركة أوباياشي بإطلاق هذه السيارة غير العادية بحلول عام 2050!

وسيقود هذا المصعد من الأرض إلى المحطة الفضائية الواقعة على ارتفاع 36 ألف كيلومتر. لكن طول الكابل سيكون 96 ألف كيلومتر. يعد ذلك ضروريًا لإنشاء ثقل موازن مداري. في المستقبل، يمكن استخدامه لتمديد مسار المصعد.

أخبار العلماء مستعدون لبناء مصعد ماسي إلى الفضاءيمكنك القراءة على هواتفك وأجهزة iPad وiPhone وAndroid وغيرها من الأجهزة.

اكتشف العلماء في جامعة ولاية بنسلفانيا طريقة لإنشاء خيوط نانوية رقيقة للغاية من الماس والتي ستكون مثالية لرفع مصعد فضائي إلى القمر. وقد اقترح الخبراء سابقًا أن خيوط الألماس النانوية يمكن أن تكون مادة مثالية لإنشاء كابل للمصعد إلى الفضاء.

قام الفريق، بقيادة أستاذ الكيمياء جون بيدنج، بإخضاع جزيئات البنزين المعزولة لدورات ضغط متناوبة في بيئة سائلة. واندهش المختصون من النتيجة، عندما تجمعت ذرات الكربون في سلسلة مرتبة ومبنية بشكل متقن. ابتكر العلماء خيوط نانوية أصغر بـ 20 ألف مرة من شعر الإنسان. ومع ذلك، فإن سلاسل الماس قد تكون أقوى مادة على وجه الأرض.

وفي الآونة الأخيرة، قام فريق من جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا في أستراليا بمحاكاة تخطيط خيوط الماس النانوية باستخدام دراسات ديناميكية جزيئية واسعة النطاق. وتوصل الفيزيائيون إلى استنتاج مفاده أن مثل هذه المادة ستكون أكثر مرونة في المستقبل مما كان يعتقد سابقًا، إذا تم اختيار التركيب الجزيئي بشكل صحيح.

وافترض العلماء أن إطالة خيط الماس قد تؤدي في نهاية المطاف إلى جعل المادة الناتجة هشة للغاية، لكن الأبحاث أثبتت عكس ذلك. لذلك، تتمتع خيوط الكربون النانوية بفرصة كبيرة لاستخدامها في الفضاء، بما في ذلك ككابل للمصعد إلى القمر، والذي تم اقتراح مفهومه لأول مرة في عام 1895.

المصادر: spaceon.ru، www.bfm.ru، dlux.ru، news.ifresh.ws، mirkosmosa.ru

مسافر عبر الزمن

فندق الفضاء نوتيلوس

الاتحاد الأوروبي. النبوءة تحققت

مستودعات تحت الماء

هرم بيبي الأول

المنطقة الواقعة بين دهشور ومجمع الهرم الرئيسي في سقارة تسمى عادة جنوب سقارة. هناك مجموعتان من الأهرامات هنا، إحداهما...

القديس لورنس تشرنيغوف عن نهاية الزمان والمسيح الدجال القادم. أخنوخ وإيليا

حذر الراهب لافرينتي من تشرنيغوف من أن عهد المسيح الدجال سيسبقه تصويت وإحصاء عالمي: "سيكون هناك وقت سيذهبون فيه و...

Solar Walk - نموذج ثلاثي الأبعاد للنظام الشمسي

Solar Walk - نموذج النظام الشمسي ثلاثي الأبعاد هو نموذج ثلاثي الأبعاد للنظام الشمسي يسمح لك بالتحرك في الفضاء...

بحر آزوف

يبلغ عمر هذا المسطح المائي الفريد الذي يحتوي على ماء اليود العلاجي مليون عام. ربما حان الوقت للتعرف عليه بشكل أفضل. ما هي الأسرار...