RiffReporter Mi hiányzik az űrlifthez
Egy japán űrhajó egy apró lifttel készül tesztelni az űrben. A jövőben ez a technológia forradalmasíthatja az űrutazást - de korántsem érett.
A Csendes-óceán közepén lévő trópusi szigetről indulva ostya-vékony vonal fut, amely mintha eltévedne valahol a felhőtlen kék égen: Ez egy kötél, amely az űrbe nyúlik. E kötél mentén kapszulák szárnyalnak az égbe, amelyek kényelmesen szállítják a rakományokat és az embereket egy geostacionárius pályára. Nincs visszaszámlálás, nincsenek gőzölgő rakétamotorok, hanem zajtalan lift: ez a jövőkép az évtizedek óta inspirálta a tudományos-fantasztikus szerzőket, mivel sokkal olcsóbbá tenné az űrutazást és teljesen új gazdasági ágakat nyitna meg az űrben. De a mérnökök csak néha kezdenek foglalkozni a megoldandó problémákkal. Az egyik Yoshiki Yamagiwa a japán Shizuoka Egyetemről, aki hallgatóival szeptember 23-án a HTV pilóta nélküli utánpótlás űrhajón volt. egy apró űrlift a Nemzetközi Űrállomásra. Ez egy tíz centiméter széles és 23 centiméter hosszú CubeSat, amelyet 2018. október végén az ISS-ből kell az űrbe tolni, hogy teszteljék az első liftet az űrben. Nem valószínű azonban, hogy megszüntesse ennek a technológiának a technikai akadályait.
Régi ötlet
Konstantin Ziolkowski, az űrutazás orosz úttörője, Konstantin Ziolkowski már 1895-ben megfogalmazta egy még nagyobb szerkezet ötletét, amely az újonnan felállított Eiffel-torony benyomása alatt az űrbe is eljuthat. De csaknem száz évig egyszerűen nem volt olyan anyag, amely alkalmas lenne rá. Az acél például alig 30 kilométeres magasságban szakadna meg saját súlya miatt, függetlenül attól, hogy az acélkábel mennyire stabil. Bár a tudományos fantasztikus írók többször is felvették ezt a koncepciót, a mérnökök csak 1991 után kezdtek komolyabban foglalkozni az űrbe szállító lifttel. Abban az évben fedezte fel Sumio Iijima japán tudós a szén nanocsöveket. Ez az anyag százszor erősebb, mint az acél, de csak fele olyan nehéz, mint az alumínium. Matematikailag egy szén nanocsövekből álló kötelet lehet hosszan kinyújtani egy geostacionárius pálya mögött; még mindig olyan könnyű lenne, hogy a mai nagy teherbírású rakéta elindíthatja az űrbe, majd a Föld felé gördülhet.
Az egyik egy ilyen kötél technikai részleteit nézegette NASA tanulmány 2000-ben: A Csendes-óceán kevésbé viharos trópusi szélességein levő szigetről vagy emeletről a kötél akár 144 000 kilométert is elérhet az űrbe - a Hold távolságának harmadáig. Itt egy ellensúly a kötelet feszesen tartaná a centrifugális erő révén, míg a 34 000 kilométer magasságú emelvény súlytalanság alatt űrállomást tudna elhelyezni. Rakományok és emberek szállítása oda, a rakéták feleslegessé tétele. Egy űrbe helyezett kilogramm alig 200 dollárba kerülne, ma 20 000 dollár helyett. A technológia hívei az űrben hatalmas szállodákról, a pályán lévő naperőművekről és aszteroidák aknáiról álmodoznak. A kötél végén lévő centrifugális erő még a bolygóközi mozgást is lehetővé tenné, sokkal alacsonyabb üzemanyag-felhasználással, mint a mai meghajtórendszereknél. De a legfontosabb probléma a mai napig az anyag marad: a szén nanocsövek csak laboratóriumi méretekben bizonyították hatalmas erejüket. A méteres vagy akár kilométeres kötelek gyártási technikája a mai napig nem létezik.
A japán "Űrhálózatú önálló robot műholdas - mini lift" súlya mindössze 2,7 kilogramm (STARS-ME) egy CubeSat, egyike azon sok kisméretű műholdnak, amelyeket jelenleg az űrbe indítanak, és amelyeknek állítólag az űrutazás új és technikailag kockázatos folyamatait tesztelik. A STARS-ME egy Kevlar kötelet hordoz, amely még nem alkalmas a földről az űrbe történő felvonóhoz. Amikor a CubeSat elhagyta az űrállomást és szabadon körbejárja a földet, a négyszög két kocka alakú kockára oszlik, amelyek a 14 méter hosszú kötéllel kapcsolódnak egymáshoz. Állítólag egy pici, saját meghajtású robot csúszik köztük. Ez lenne az első lift az űrben, de meglehetősen kicsi, gyufásdoboz méretű.
Tekercs, vihar és selejt
Az olyan űrügynökségek, mint az Európai Űrügynökség - Markus Landgraf munkáltatója - eddig költségvetésükben nem tulajdonítottak jelentőséget az űrlifteknek. Felix Huber szintén szkeptikus az alapvető megfontolások szempontjából: "Nem könnyű egy ilyen kötelet stabilan tartani a pályán" - mondja az Oberpfaffenhofeni német űrkutatási központ űrműveleti és űrhajós kiképzési igazgatója. Huber különféle múltbeli próbálkozásokra utal, amelyek során két műhold keringett a föld körül, kilométeres kábelekkel összekötve. Ezen küldetések közül sok kudarcot vallott, mert akaratlanul magas elektromos feszültség keletkezett, a kötélcsörlők beszorultak, vagy mert a kötelek kisebb termelési hibák miatt összekuszálódtak. Ezenkívül a kötelek könnyedén lendülnének a pályán. Az űrlift azonban nemcsak a vákuumon keresztül jutna el, hanem a légkörön keresztül is, amely szintén rángatja, például trópusi viharok idején. "Még akkor is, ha egy lift elindul, ez meghúzza a kötelet" - mondja Huber. "Ez önmagában lehetővé teszi a rezgések terjedését és tovább épülését."
Egy több tízezer kilométer hosszú kötélnek más problémákkal kellene megküzdenie: 200–900 kilométeres magasságban áthaladna egy zónán, ahol a nap UV-sugárzása által hasított atom oxigén keletkezik, amely a szerves anyagokat oxidálja, mint a szén nanocsövekből készült kötél. és lebomlana. Az űrszemét megsemmisítheti a kötelet is - különösen a geostacionárius temetői pályán: ez egy élesen körülhatárolt és kör alakú zóna a geostacionárius pályák felett, ahol a használaton kívüli műholdakat elhelyezik - és amelyet a keringőkötélnek kereszteznie kellene. Ezen túlmenően, a mélyebb pályákon és a mikrometeoritokon gyorsan köröznek az űrhulladékok, amelyek lyukakat üthetnek a kötelben, vagy legrosszabb esetben elpusztíthatják.
A repülési dinamikában jártas Markus Landgraf mindezeket a problémákat annak tartja elvileg megoldható: Az ilyen kötelek dinamikáját elméletileg régóta értik. És a tervezők egyszerűen be tudták szerelni az űrkötél alsó végét úgy, hogy az ellenkezőleg forgó mozdulatokkal csillapítsa a rezgéseket. Ilyen tudatosan kiváltott rezgésekkel elkerülhető lenne a nagyobb darabok a Föld körüli pályán, míg a beszakadt kisebb lyukakat meg kellene javítani. A temető pályáján a törmelék egyébként is meglehetősen lassú lenne a kötélhez képest. A kötelet pedig be kell vonni a sugárzás és az atom oxigén elleni védelem érdekében. Ez a bevonat akár magától is kifejlődhet: a NASA 2000. évi tanulmánya már a kezdeti kísérletek alapján feltételezi, hogy a kötél külsején oxidált réteg alakul ki, amely természetes védelemként szolgál a mélyebb rétegek számára.
A látnok inkább hallgat
A megoldandó problémák száma nem kevés; A támogatók és a szkeptikusok ugyanakkor egyetértenek abban, hogy az űrlift fő akadálya az anyag. Még Elon Musk is, akinek a SpaceX űrcégnek legalábbis hivatalos célja a Mars gyarmatosítása, 2015-ben tweetelt: "Kérem, ne kérdezzen engem az űrliftről, mielőtt valaki szén nanocsövekből építene egy olyan szerkezetet, amely hosszabb, mint egy gyalogos híd."
És kérem, ne kérdezzen tőlem az űrliftekről, amíg valaki legalább nem épít széndioxid-csőszerkezetet, mint egy gyaloghíd
A Nemzetközi Asztronautikai Akadémia tanulmánya szerint a szén nanocsövek ilyen hosszú szálainak fejlesztési ideje legalább 20 év volt - merész extrapoláció az alapkutatásban.
Markus Landgraf rámutat azonban, hogy a szén nanocsöveket jelenleg nem optimalizálják, hogy a lehető leghosszabb húrokká állítsák elő őket. Az elmúlt évek kutatásainak köszönhetően ezek inkább szélesebbek, mint hosszabbak lettek. "Az, hogy milyen gyorsan lehet megvalósítani a felvonót, a kutatás célirányától függ." És az apró CubeSat kísérleteken kívül a legtöbb egyéb technikai akadály már tesztelhető egy igazi űrlifttel, például a Holdon, amelyhez világszerte űrügynökségek tartoznak. visszatérni a következő évtizedekre. Itt a légkör és az űrhulladékok által okozott veszélyek alig vannak jelen; a mérnökök már zavartalanul tesztelhették egy több ezer kilométer hosszú kötél dinamikáját. További előny: a Holdon a kötelet könnyen meg lehet építeni a már rendelkezésre álló anyagból, Kevlarből.
Két hasonló szöveg nemrég jelent meg a Spektrum.de és a Neue Zürcher Zeitung oldalon.
Regisztráljon itt - ezután rendszeresen megkapja a legjobb cikkek hivatkozásait és információkat az űrreporterekről.
"A kis távolságok nagyon kockázatosak"
Először négy műhold kering a Föld körül. A formációs repülés veszélyes, de új utakat nyit meg a föld megfigyelésére. A misszió vezetője 15 éve dolgozik az ötleten.
Miért egy német űrradar?
Egyre több műhold, használaton kívüli rakétarész és egyéb űrszemét tolong az égbe - és veszélyt jelentenek. Figyelésükre a mérnökök jelenleg egy új űrradart üzembe helyeznek Koblenz közelében. De egyelőre csak Németországban kutatók használhatják az adatokat. Megérett az ideje egy európai forgalomirányításnak a Föld pályáján.
Dosszié: az űrutazás jövője
Új rakéták, új űrhajók, új célpontok: az űrutazás jelenleg gyorsabban változik, mint évtizedek óta. Kutatásunk ebbe az új területbe vezet.
A törékeny bolygó
Az asztronauták idézeteinek gyűjteménye segíthet abban, hogy más szemmel láthassuk bolygónkat.
Az űrhajósok újra Amerikából indulnak
Kilenc év óta először az USA ismét űrhajósokat küld az ISS-be. Kicsi fordulópont marad.
Hubble képei 30 évből
A Hubble-távcső 30 évvel ezelőtt repült az űrbe. Ez megváltoztatta a kozmoszról alkotott nézetünket. Ez a kiemelt események kiválasztása.
Vitorlás szondák
A vitorlák az űrben ősi ötlet, de sokáig nem működtek. Egy apró műhold megmutatta, hogy működik. Mikor hajózunk a Jupiterbe?
Covid-19 az űrben és a csillagászatban
A járvány egyre inkább érinti az űrutazást, és nagy távcsöveket kell üzemeltetni kevesebb személyzettel.
Nincs kvóta az űrben?
A NASA 2013 óta annyi nőt, mint férfit nevez ki új űrhajósnak. Európa űrügynöksége nagyon lemaradt. De hamarosan esedékes lesz a következő választás.
Cikk és podcast: Az űr harctérré válik
A Földközeli űr régóta az emberiség közös örökségének számít. De a stratégiai szempontok egyre inkább veszélyeztetik. A műholdak egyre inkább célpontokká válnak.