Vesmírny výťah – ekologicky na obežnú dráhu?

Okrem stoviek ton paliva skončí pri každom lete v odpade aj samotná nosná raketa a problém nevyriešili ani raketoplány, keďže ich prevádzka bola paradoxne drahšia ako doprava ľudskej posádky v ruských kozmických lodiach Sojuz. Pod náklady sa síce podpísali aj nové bezpečnostné opatrenia po tragických haváriách raketoplánov Columbia a Challenger, ale aj bez toho stojí umiestnenie nákladu len na nízkej obežnej dráhe milióny dolárov. Ako z toho von?

 Arthur C. Clarke

Z ríše fantázie

Dilemu môže prelomiť len prevratná technológia dopravy. Jedným z kandidátov je aj výťah do vesmíru. Šialená myšlienka? Isteže, otázkou je len to, či je dostatočne bláznivá na to, aby sa mohla stať realitou. Autor článku tento nápad zaraďuje naďalej do sféry fantastiky, kde mu asistuje Daidalos s Ikarosom, ale dostatok nadšencov, vrátane vedcov z NASA ho nevníma ako neuskutočniteľnú métu. Autorom myšlienky je Jurij Artsutanov, ktorý s ňou prišiel v roku 1960 a v roku 1979 slávny autor sci-fi Arthur C. Clarke zakotvil nápad vo svojom románe Rajské fontány. Na Clarka však pozor! Bol to totiž vizionár, ktorý už v 40-tych rokoch 20. storočia prišiel s ideou geostacionárnych družíc s TV vysielaním a Clarke povedal, že „kozmický výťah príde päťdesiat rokov potom, čo sa ľudia prestanú tejto myšlienke smiať“. Ak sa stále smejete, možno vás schladí poznanie, že myšlienkou kozmického výťahu sa seriózne zaoberá aj NASA. Americká vesmírna agentúra tiež dotuje súťaž prototypov kozmického výťahu. Už v r. 2009 sa tímu LaserMotive podarilo pomocou lasera vyniesť asi 400 gramový náklad do kilometrovej výšky po lane visiacom z helikoptéry. Trvalo to 3 minúty a 49 sekúnd a od NASA si odniesli 900 tisíc dolárovú prémiu.

Paleta problémov je pestrá

Pre fungujúci kozmický výťah je však potrebné vyriešiť niekoľko skutočne exkluzívnych technických výziev. Nosné lano musí byť natoľko pevné a zároveň ľahké, že sa pri dĺžke takmer 100 000 km nepretrhne vlastnou váhou a unesie aj náklad a kabínu a aby toho nebolo málo, vydrží aj pnutie od protiváhy, poveternostných vplyvov a ktoviečo ešte. Zabezpečený musí byť prísun energie z externého zdroja a výťah musí byť dostatočne rýchly a bezpečný, aby bolo jeho použitie reálne. Posledná podmienka skrýva v sebe nespočetné množstvo ďalších otáznikov a bariér, takže s realizáciou výťahu to nebude jednoduché.

Celý nápad je založený na myšlienke existencie mechanickej sústavy v podobe lana, či skôr pásky, spolu s vozíkmi a protiváhou, ktorej ťažisko bude na geostacionárnej dráhe, vo výške 36 000 km nad rovníkom. Protiváha bude vo vzdialenosti takmer 100 tis. km od Zeme a vďaka odstredivej sile pri otáčaní sa planéty má udržať lano napnuté. Voči ukotveniu na rovníku na obdobe morskej vrtnej plošiny by sa lano nemalo hýbať, ak zabudneme na mechanické chvenie pochádzajúce zo všemožných zdrojov. Ktovie, ako by sa s lanom zahrali vzdušné prúdy v celom priereze tropo- a stratosféry, alebo taká Coriolisova sila.

 Space elevator

Zdroj: revoseek.com

Vozík bude na svojej dráhe napájaný laserovým zväzkom vysielaným zo Zeme, alebo z kozmu a cena cestovného lístka na geostacionárnu dráhu by sa mala údajne pohybovať okolo 100 USD, čo bude sotva zodpovedať realite. Oproti údajným 60 miliónom USD, ktoré dnes Rusi účtujú za dopravu kozmonauta na ISS Američanom, je však aj 1000-násobok tejto sumy vlastne zadarmo. Pripusťme, že výťah sa podarilo postaviť a funguje spoľahlivo, s cestou je však spojený celý rad rizík, ktoré jej využitie na dopravu ľudí spochybňujú. „Výťahoví optimisti“ kalkulujú s rýchlosťou kabíny 200 km/hod. Číslo „vycicané z prsta“ vyzerá impozantne len do chvíle, kým ho nekonfrontujeme s dĺžkou potrebnej trasy. Na 36 tisíc km by totiž kabína pri plnej rýchlosti potrebovala 180 hodín, teda asi 8 dní cesty, čo sa sotva dá vydržať upútaný na sedadle.

Keďže po ceste by posádka musela prejsť Van Allenovými pásmi so zvýšenou rádioaktivitou a vlastne hneď za hranicou ionosféry by boli ľudia aj materiál vystavení tvrdému kozmickému žiareniu, kabína by musela mať aj zodpovedajúci ochranný plášť a tým aj vyššiu hmotnosť. Keďže cesta potrvá dlho, výťah by musel pripomínať skôr lanovku, či paternoster s kabínkami neustále rotujúcimi v oboch smeroch, inak by bol schopný vyniesť náklad len 2x do mesiaca. Takže tu máme potrebu existencie dvoch nosných lán s prestupnou stanicou. Možno vďaka dlhým prepravným časom (200 km/h je skôr optimistickým odhadom) a logistickým prekážkam by bolo vhodné skôr hovoriť o nákladnom výťahu, čo by tiež nebolo zlé. 

 

 Space elevator

 

Schematický diagram kozmického výťahu. Zdroj: Wikipedia

 

Zložité bude zabezpečenie prísunu energie pre kabíny výťahu. Keďže nosiť palivo na desiatky tisíck kilometrov na palube nepripadá do úvahy, bude potrebný externý prenos energie. Reálnou možnosťou je laser. Vysielače budú musieť byť najmä vo vesmíre, aby sa vylúčili poruchy kvôli oblačnosti. Aby bol vysielač stabilný, musí byť tiež na geostacionárnej dráhe, čo prináša nároky na presnosť zacielenia, ba aj riziko poškodenia nosného lana. Lúč musí totiž spoľahlivo cieliť na rýchlo sa pohybujúci prijímač zakvačený na vibrujúcej strune nosného lana.

 

Zachráni nás uhlík?

Zdanlivo najväčší problém – získanie dostatočne ľahkého a pevného lana má naopak riešenie na dosah. Vďaka objavu uhlíkových nanotrubiek, čo je modifikácia jednej zo špecifických foriem uhlíka – fullerénu, už potrebný materiál máme k dispozícii. Uhlíkové nanotrubky majú pevnosť v ťahu až 63 GPa a zároveň nízku špecifickú hmotnosť. Pre účely vesmírneho výťahu by boli ideálne, isté však je, že z dôvodu bezpečnosti a opotrebenia to nebude jednoduché lano. Niektoré zdroje hovoria o súbore lán s redundanciou, iné o páske z fullerénov o hrúbke kancelárskeho papiera a šírke 5m. Ktorékoľvek riešenie prináša riziko chvenia vplyvom počasia (vetra a slnečného žiarenia), takže nosný kábel bude pripomínať gitarovú strunu. Následky prípadnej havárie si dnes nevieme dobre predstaviť, ale nebolo by to nič príjemného. Okrem kabíny porovnateľnej s veľkou družicou, či dokonca s kozmickou stanicou MIR by sa na na zem dostali aj desiatky tisíc kilometrov fullerénového kábla. Spomeňme, že pri teplotách nad 1500 °C transformujú fullerény na grafit, zásah lana laserom by preto mohol byť osudným. Otázky bezpečnosti a spoľahlivosti budú možno najväčšou výzvou pred prípadnou realizáciou projektu.

 Nanotubes

Štruktúra fullerénovej nanorúrky. Zdroj.: US Department of Energy

Skutočne, okrem NASA sa myšlienkou tejto alternatívnej dopravy do vesmíru zaoberajú aj komerčné firmy, napríklad japonská spoločnosť Obayashi, alebo americká LiftPort Group. Japonci očakávajú praktickú dostupnosť projektu v roku 2050, teda o 38 rokov. Znamená to, že sa podľa Clarkovej definície ľudia prestali megavýťahu vysmievať už pred desaťročím?

 

Pravdou je, že za posledné polstoročie sa v kozmickej doprave neudiala žiadna dramatická zmena. Ktovie, možno tie nasledujúce dekády očakávanú revolúciu prinesú a možno bude ešte bizarnejšia než kozmický výťah.

Komentáre k článku