RiffReporter Čo chýba vesmírnemu výťahu
Japonská kozmická loď sa chystá vyskúšať malý výťah vo vesmíre. V budúcnosti by táto technológia mohla spôsobiť revolúciu v cestovaní vesmírom - ale ešte zďaleka nie je zrelá.
Počnúc tropickým ostrovom uprostred Tichého oceánu vedie tenká čiara oblátky, ktorá sa akoby stratila niekde na bezoblačnej modrej oblohe: Je to lano, ktoré sa tiahne do vesmíru. Pozdĺž tohto lana stúpajú k oblohe kapsuly, ktoré pohodovým spôsobom prepravujú bremená a ľudí na geostacionárnu obežnú dráhu. Žiadne odpočítavanie, žiadne parné raketové motory, namiesto toho nehlučný výťah: táto vízia budúcnosti inšpirovala autorov sci-fi po celé desaťročia, pretože by to výrazne zlacnilo cestovanie vesmírom a otvorilo by vo vesmíre úplne nové odvetvia ekonomiky. Inžinieri sa ale len občas začnú zaoberať problémami, ktoré treba vyriešiť. Jedným z nich je Yoshiki Yamagiwa z univerzity Shizuoka v Japonsku, ktorý so svojimi študentmi 23. septembra na palube bezpilotnej zásobovacej vesmírnej lode HTV. malý vesmírny výťah na Medzinárodnú vesmírnu stanicu. Ide o desať centimetrov široký a 23 centimetrov dlhý CubeSat, ktorý má byť do vesmíru vytlačený z ISS na konci októbra 2018, aby sa otestoval prvý výťah vo vesmíre. Je však nepravdepodobné, že by sa odstránili technické prekážky brániace tejto technológii.
Starý nápad
Už v roku 1895 formuloval ruský priekopník vesmírneho cestovania Konstantin Ziolkowski myšlienku ešte väčšej stavby, ktorá by sa mohla dostať do vesmíru, pod dojmom novo postavenej Eiffelovej veže. Ale takmer sto rokov jednoducho neexistoval žiadny známy materiál, ktorý by bol pre ňu vhodný. Napríklad oceľ by sa kvôli svojej vlastnej váhe pretrhla vo výške sotva 30 kilometrov bez ohľadu na to, ako stabilne bolo oceľové lano skonštruované. Hoci sa konceptu opakovane chopili autori sci-fi, až po roku 1991 sa inžinieri začali výťahom do vesmíru zaoberať vážnejšie. Bolo to v tom roku, keď japonský vedec Sumio Iijima objavil uhlíkové nanorúrky. Tento materiál je stokrát pevnejší ako oceľ, ale iba o polovicu ťažší ako hliník. Matematicky by sa lano z uhlíkových nanorúrok dalo natiahnuť ďaleko za geostacionárnu obežnú dráhu; stále by to bolo také ľahké, že dnešná ťažká raketa by ju mohla vyniesť do vesmíru a potom sa odvaliť smerom k Zemi.
Jeden sa pozrel na technické detaily takéhoto lana Štúdia NASA v roku 2000: Z ostrova alebo plošiny v menej búrlivých tropických zemepisných šírkach Tichého oceánu by sa lano dostalo až do 144 000 kilometrov do vesmíru - až do tretiny vzdialenosti od Mesiaca. Tu by protizávažie udržiavalo lano napnuté odstredivou silou, zatiaľ čo plošina vo výške 34 000 kilometrov mohla pojať vesmírnu stanicu pod beztiažovým stavom. Prepravuje tam náklady a ľudí, vďaka čomu sú rakety zbytočné. Kilogram vložený do vesmíru by dnes stál niečo viac ako 200 dolárov namiesto 20 000 dolárov. Prívrženci technológie snívajú o obrovských hoteloch vo vesmíre, solárnych elektrárňach na obežnej dráhe a baniach na asteroidoch. Odstredivá sila na konci lana by dokonca umožňovala medziplanetárny pohyb s oveľa menším využitím paliva ako v prípade dnešných pohonných systémov. Najdôležitejším problémom však zostáva materiál dodnes: uhlíkové nanorúrky preukázali svoju obrovskú silu iba v laboratórnom meradle. Techniky výroby lán dlhých metrov alebo dokonca kilometrov dodnes neexistujú.
Japonský „Space Tethered Autonomous Robotic Satellite - Mini Elevator“ váži iba 2,7 kilogramu (STARS-ME) je CubeSat, jeden z mnohých malých satelitov, ktoré sa v súčasnosti vypúšťajú do vesmíru a ktoré majú testovať nové a technicky riskantné procesy pre vesmírne lety. STARS-ME nesie kevlarové lano, ktoré ešte nie je vhodné na výťah zo zeme do vesmíru. Keď CubeSat opustil vesmírnu stanicu a voľne krúžil okolo Zeme, kocka sa rozdelila na dva kubíky v tvare kocky, ktoré zostali navzájom spojené 14 metrov dlhým lanom. Malý robot s vlastným pohonom sa má medzi nimi kĺzať. Bol by to prvý výťah vo vesmíre, ale dosť malý na veľkosť zápalkovej škatule.
Rožky, búrky a šrot
Vesmírne agentúry ako Európska vesmírna agentúra - zamestnávateľ Markusa Landgrafa - vo svojich rozpočtoch zatiaľ vesmírnym výťahom neprikladajú žiadny význam. Felix Huber je skeptický aj k základným úvahám: „Nie je ľahké udržať takéto lano stabilné na obežnej dráhe,“ hovorí riaditeľ vesmírnych operácií a výcviku astronautov v nemeckom leteckom stredisku v Oberpfaffenhofene. Huber sa odvoláva na rôzne pokusy z minulosti, v ktorých obiehali okolo Zeme dva satelity spojené kilometrami káblov. Mnohé z týchto misií zlyhali, pretože sa neúmyselne nahromadilo vysoké elektrické napätie, lanové navijaky sa upchali alebo sa laná zamotali kvôli malým výrobným chybám. Na obežnej dráhe by sa navyše laná ľahko hýbali. Vesmírny výťah by sa však nedostal iba cez vákuum, ale aj cez atmosféru, ktorá za ním tiež ťahá, napríklad počas tropických búrok. „Aj keď sa výťah spustí, ťahá za lano,“ hovorí Huber. „Toto samotné umožňuje, aby sa vibrácie šírili a ďalej sa zvyšovali.“
Lano dlhé desaťtisíce kilometrov by muselo zápasiť s ďalšími problémami: V nadmorskej výške 200 až 900 kilometrov by prechádzalo zónou, v ktorej sa vyskytuje atómový kyslík štiepený slnečným UV žiarením, ktoré oxiduje organické materiály ako lano vyrobené z uhlíkových nanorúrok a rozložili by sa. Vesmírny odpad by tiež mohol zničiť lano - najmä na obežnej dráhe geostacionárneho cintorína: jedná sa o ostro ohraničenú a kruhovú zónu nad geostacionárnymi dráhami, v ktorej sú zlikvidované nepoužívané satelity - a ktorú by orbitálne lano muselo prechádzať. Navyše na hlbších dráhach a mikrometeoritoch rýchlo krúžia vesmírne trosky, ktoré by mohli vyraziť otvory v lane alebo v najhoršom prípade zničiť.
Všetky tieto problémy považuje Markus Landgraf, ktorý má skúsenosti s letovou dynamikou v zásade riešiteľné: Dynamika takýchto lán bola dlho teoreticky pochopená. A konštruktéri mohli jednoducho namontovať dolný koniec vesmírneho lana tak, aby tlmil vibrácie protibežnými pohybmi. Pri takto vedome vyvolaných vibráciách by sa dalo vyhnúť väčším častiam na obežnej dráhe Zeme, zatiaľ čo menšie otvory by sa museli opravovať. Trosky na obežnej dráhe cintorína by boli aj tak v porovnaní s lanom pomerne pomalé. A lano by muselo byť potiahnuté, aby bolo chránené pred žiarením a atómovým kyslíkom. Tento povlak by sa dokonca mohol vyvinúť prirodzene sám: štúdia NASA z roku 2000 už predpokladá, na základe počiatočných experimentov, že by sa na vonkajšej strane lana vytvorila oxidovaná vrstva, ktorá slúži ako prirodzená ochrana hlbších vrstiev.
Vizionár radšej mlčí
Počet problémov, ktoré treba vyriešiť, nie je malý; Navrhovatelia aj skeptici sa však zhodujú, že hlavnou prekážkou vesmírneho výťahu je materiál. Aj Elon Musk, ktorého vesmírna spoločnosť SpaceX má oficiálny cieľ kolonizovať Mars, v roku 2015 tweetoval: „Prosím, nepýtajte sa ma na vesmírny výťah skôr, ako niekto postaví štruktúru z uhlíkových nanorúrok, ktorá je dlhšia ako most pre peších.“
A pls sa ma nepýtaj na vesmírne výťahy, kým niekto aspoň nepostaví štruktúru uhlíkových nanorúrok dlhšie ako lávka
Štúdia Medzinárodnej astronautickej akadémie odhadla čas vývoja takýchto dlhých reťazcov uhlíkových nanorúrok minimálne na 20 rokov - čo je odvážna extrapolácia v základnom výskume.
Markus Landgraf však poukazuje na to, že uhlíkové nanorúrky v súčasnosti nie sú optimalizované tak, aby sa vyrábali do strún, ktoré sú čo najdlhšie. Vďaka výskumu v posledných rokoch sa tieto zväčšili a nie predĺžili. „To, ako rýchlo je možné výťah zrealizovať, závisí od cieľového smerovania výskumu.“ A okrem drobných experimentov CubeSat možno väčšinu ďalších technických prekážok už otestovať pomocou skutočného vesmírneho výťahu, napríklad na Mesiaci, v ktorom sa nachádzajú vesmírne agentúry na celom svete. sa chcú vrátiť na niekoľko nasledujúcich desaťročí. Nebezpečenstvo atmosféry a vesmírneho odpadu tu nie je pravdepodobné; inžinieri si tam už mohli nerušene vyskúšať dynamiku lana, ktoré je dlhé tisíce kilometrov. Ďalšia výhoda: na Mesiaci bolo možné lano ľahko skonštruovať z kevlaru, ktorý je už k dispozícii.
Dva podobné texty sa nedávno objavili na stránkach Spektrum.de a Neue Zürcher Zeitung.
Zaregistrujte sa tu - budete pravidelne dostávať odkazy na naše najlepšie články a informácie o vesmírnych reportéroch.
„Malé vzdialenosti sú veľmi riskantné“
Prvýkrát majú okolo satelitu krúžiť okolo satelitu štyri satelity. Let formácie je nebezpečný, ale otvára nové spôsoby pozorovania Zeme. Vedúci misie pracuje na tejto myšlienke už 15 rokov.
Prečo nemecký vesmírny radar?
Stále viac a viac satelitov, nepoužívané časti rakiet a ďalšie vesmírne haraburdy sa tlačia na oblohu - a stávajú sa nebezpečenstvom. Inžinieri na ich sledovanie v súčasnosti uvádzajú do prevádzky nový kozmický radar neďaleko Koblenzu. Ale zatiaľ môžu údaje používať iba výskumní pracovníci v Nemecku. Nastal čas na európske riadenie dopravy na obežnej dráhe Zeme.
Dokumentácia: budúcnosť vesmírneho cestovania
Nové rakety, nové vesmírne lode, nové ciele: vesmírne cestovanie sa v súčasnosti mení rýchlejšie ako za posledné desaťročia. Náš výskum vás zavedie do tejto novej ríše.
Krehká planéta
Zbierka citátov astronautov môže pomôcť vidieť našu domovskú planétu inými očami.
Astronauti štartujú opäť z Ameriky
USA vysielajú po prvýkrát za deväť rokov astronautov na samotnú ISS. Zostáva malým zlomom.
Hubblove obrázky z 30 rokov
Hubblov ďalekohľad vyletel do vesmíru pred 30 rokmi. Zmenilo to náš pohľad na vesmír. Toto je náš výber najdôležitejších vecí.
Sondy na plachtenie
Plachty vo vesmíre sú odvekým nápadom, ale už dlho nefunguje. Malý satelit teraz ukázal, že funguje. Kedy sa plavíme k Jupiteru?
Covid-19 vo vesmíre a astronómii
Pandémia čoraz viac ovplyvňuje vesmírne cestovanie, veľké ďalekohľady majú byť prevádzkované s menším počtom personálu.
Žiadna kvóta vo vesmíre?
NASA od roku 2013 vymenovala toľko žien ako mužov ako nových astronautov. Európska vesmírna agentúra výrazne zaostáva. Čoskoro je ale termín na ďalší výber.
Článok a podcast: Vesmír sa stáva bojiskom
Vesmír blízky Zemi sa dlho považoval za spoločné dedičstvo ľudstva. Strategické úvahy to však čoraz viac ohrozujú. Družice sa čoraz viac stávajú terčom.