forum.kosmonautix.cz

Historie
Historie výtahu sahá do 60.let 20.století, kdy jeho princip několik týmů nezávisle na sobě objevilo. Názvy měl různé, od kosmické lanovky po vesmírný jeřáb, až se nakonec vžilo pojmenování spisovatele A. C. Clarka, kosmický (vesmírný, orbitální) výtah. Tento název použil ve svém románu Rajské fontány, kde zároveň popsal stavbu výtahu.

Jak je z obrázku patrné, jedná se o zařízení, které dokáže ze stanice na povrchu po laně dopravit náklad nebo osoby do cílové stanice na geostacionární dráze. Kosmická doprava by se tímto řešením výrazně zlevnila, protože by se nemusely používat drahé jednorázové nosiče jako dnes.
V době prvního popsání principu byl výtah prakticky nerealizovatelný. Žádný tehdejší materiál, ze kterého by se mohlo lano vytvořit, by neunesl ani sám sebe, natož další náklad. Vždyť délka lana musí být okolo 60 000 km nebo i delší. Je to proto, že musí vést až za geostacionární dráhu (35 800 km) kvůli protizávaží, které výtah stabilizuje. Navíc se počítá se zálohou v případě, že by se lano poškodilo v dolní části tj. v atmosféře nebo na nízké oběžné dráze. Pak stačí jen několik kilometrů odmotat, dole ukotvit a jede se dál. Další info: wikipedie

Uhlíkové nanotrubičky
Změna, která vychýlila ručičku vah na stranu realizace kosmického výtahu, přišla v roce 1991 objevem uhlíkových nanotrubiček. Po diamantu a tuze je to další forma uhlíku – grafen. Uhlíková nanotrubička není nic jiného než grafenový váleček. Nabízí pevnost až 60x větší než ocel při velmi nízké hmotnosti. Aby mohli vědci porovnávat pevnosti nanotrubiček, zavedli jednotku MYuri, což je poměr pevnosti v tahu vůči hmotnosti.
Potřebná pevnost pro lano výtahu je 40-50 MYuri. Uhlíkové nanotrubičky poskytují teoreticky pevnost až 68 MYuri, ovšem neporušené! To je právě kámen úrazu. Poškozená nanotrubička může mít pevnost třeba jen 17 MYuri, což by v tu chvíli znamenalo přetrhnutí lana vlastní vahou. Tento problém zatím zkouší odborníci odstranit tzv. samoopravnými materiály, což jsou polymery, které by se navázaly na nanostruktury uhlíku a pomohly zacelit díry. Výzkum je ovšem teprve v plenkách.
Dalším problémem je vytvořit trubičky o dostatečné délce. Momentálně se daří vyrobit nanotrubičky o délce několika cm, takže o laně dlouhém desetitisíce km si můžeme zatím nechat zdát.

Pohon výtahu
Abychom se mohli po laně dostat až na geostacionární dráhu, musíme mít dostatečně silný motor, který kabinu výtahu potáhne nahoru. Elektromotor, který by takovou práci zastal, již existuje. Horší je to se zdrojem energie. Baterie kvůli své hmotnosti a malému množství uchované energie nepřichází v úvahu.
Zajímavou koncepcí je laserový paprsek, který by výtahu dodával energii ze Země.
Problémem je jeho přesné zacílení na terčík, ale díky soutěži NASA, o které se zmíním na konci článku, byly i v tomto oboru učiněny slušné pokroky.

Pokud by se tato technologie dotáhla k dokonalosti, pak bychom vůbec nepotřebovali lano. Ale to je jiná pohádka.

Další možností jsou solární články, které zase naráží na nedostatečný výkon. I když i zde odkážu na nejnovější objevy, které mohou účinnost zvednout.

Ještě jedna hypotetická možnost se naskýtá v napájení kabiny pomocí elektřiny z pozemní stanice poslané přímo po laně. Jak víme, uhlíkové nanotrubičky jsou vodivé. Mezi ně by se musel dát nějaký izolant. Ten by nám ovšem zase snižoval nosnost lana. Ledaže by měl podobné vlastnosti jako uhlíkové nanotrubičky. Takový materiál vědci nedávno vytvořili. Dali mu přezdívku bílý grafen. Jedná se o Nitrid bóru (h-BN), který je nevodivý, navíc se dá navázat na strukturu grafenu. Tato kombinace nejen, že by mohla teoreticky napájet vesmírný výtah, ale mohla by způsobit převrat v mikroelektronice. Podrobněji zde

Fyzika nám klade ještě další překážky při realizaci kosmického výtahu. Například nutnost udržovat geostacionární stanici ve správné poloze nad rovníkem, nebo eliminovat Coriolisovu sílu, působící na vynášená či spouštěná tělesa, atd.. .
Realizace výtahu se podle optimistických odhadů dočkáme za 50 let, podle pesimistických nikdy. Takže realistický odhad je další století.

Soutěž NASA
Abychom se realizaci výtahu přiblížili, pořádá NASA už 5 let soutěže dotované až 4 miliony dolarů.
Nazývají se Strong Tether Challenge a jsou rozděleny na dvě části. V jedné se účastníci pokusí co nejrychleji zdvihnout kabinu výtahu pomocí laserového paprsku, ve druhé pak zkoušejí, co vydrží jimi vytvořené lanko z uhlíkových nanotrubiček. Obě kategorie se hodnotí zvlášť a i účastníci mohou být různí.
Zde se můžete podívat, jak si vedli soutěžící v roce 2009.

Letos se soutěž konala 12.8.2011. Úkolem bylo přinést lano s pevností větší než 5 MYuri.
I když se oba účastníci Dr. Bryan Laubscher z Odyssea Technologies i nezávislý vynálezce Flint Hamblin snažili, cenu nikdo nezískal, protože stanovené pevnosti ani jeden z nich nedosáhl.
Třeba se to povede příští rok.

Zdroje: NASA
spaceelevatorconference.org
spaceelevatorblog.com
wikipedia.org
scienceworld.cz
osel.cz
rozhlas.cz/leonardo
kosmo.cz

Pro zájemce, které zajímá podrobněji problematika pevnosti uhlíkových nanotrubiček u kosmického výtahu ještě doplním dva odkazy na články Jana Bílka(oba osel.cz):Vesmírný výtah – proč tu již není?, Vesmírný výtah – proveditelnost z pohledu pevnosti lana a výkonu zdviže.
Dále ještě doplním problematiku přímého napájení kabiny. Pokud by se z lana opravdu podařilo udělat zároveň nosič elektrické energie, pak by energii nemusela dodávat pozemní stanice. Výhodnější by dokonce bylo, aby elektřinu dodávala geostacionární stanice. Jako protizávaží by mohla sloužit klidně Orbitální elektrárna, jejíž principy jsou dobře rozpracovány již od 70.let (viz Karel Pacner - Města v kosmu). Ta by mohla po laně dodávat elektřinu i do pozemní rozvodné sítě, čímž by se vyřešil největší problém orbitální elektrárny - přenos vyrobené energie.

tomasi, tohle je super zhodnocení celé široké problematiky i s popsáním všech dílčích systémů. K tomu není co dodat, prostě perfektní článek.

Díky za pochvalu. Snažil jsem se, aby byly v článku i informace, které dosud nebyly publikovány na jiných českých serverech i aktuální stav vývoje. Prakticky každý server, který se zabývá vědou, technikou nebo přímo kosmonautikou nějaký článek o kosmickém výtahu obsahuje, tak snad se mi povedlo vyplnit mezery, které mi autoři ostatních článků nechali.

Bezesporu! Odvedl jsi velmi kvalitní práci. Jsem opravdu moc rád, že na našem fóru máme tak aktivního uživatele, jako jsi ty.

Díky za zajímavý článek. Já osobně jsem ohledně kosmického výtahu docela pesimista a moc tomuto konceptu nevěřím, ale rád se jednou budu mýlit

Clarkův román Rajské fontány jsem četl a velice se mi líbil - někdy opravdu žasnu nad tím, co pan spisovatel Clarke ve svých románech psal a vymyslel. Román byl zasazen do 22. století - což je doba, kdy by se realizace kosmického výtahu mohla uskutečnit i v reálném světě - takže se toho už pravděpodobně nedožjeme, ale věřím, že jednou se to lidstvu podaří a budeme zase o další krok blíže k poznání vesmíru.

Jen pro zajímavost odkaz na Clarkův román na Wikipedii:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Rajsk%C3%A9_font%C3%A1ny

to Tommy: Pokud bych si měl vsadit na budoucí technologie, tak bych taky spíše tipoval prostředky, které se pohybují samostatně. Když zůstaneme u termínu příští století, budeme-li málo odvážní, tak nás mohou čekat rakety na antihmotu. Již dnes se daří na krátkou dobu jí udržet v magnetické pasti a začíná se čím dál více dařit výroba antivodíku a antihelia. Dalším i v článku zmíněným pohonem je výkonný pozemní laser, který dodává energii kosmické lodi.
Pokud budeme odvážní hodně, tak nás mohou napadnout antigravitační motory nebo jiné dosud neznámé typy pohonu.
to Daryl: Taky mám Clarkova díla moc rád. Líbí se mi, že si většinou našel vynález nebo princip, který pak rozvinul do funkční podoby a zamyslel se nad důsledky jeho existence.

Jenom taková perlička. Existují dokonce studie, které dokazují, že realizace kosmického výtahu je z fyzikálního hlediska nemožná. Jelikož jsem však ani jednu nečetl z nějakého seriózního zdroje, tak je zde neuvádím. Nejčastěji vycházejí z toho, že Coriolisova síla bude natolik velká, že ji nebude možné překonat nebo bude vyžadovat tolik energie navíc, že výtah bude méně efektivní než rakety.

Tak Japonci překvapili. Společnost Obayashi, Corp. chce postavit kosmický výtah z uhlíkových nanotrubiček do roku 2050. Zahájení stavby se plánuje na rok 2025. Raketa by měla vynést dvě klubka nanotrubičkových lan a další materiál do výšky 300 km, tam by se lano začalo odvíjet a raketa by měla postupně vystoupat až do výšky 96 000 km. Spodní část by se pak ukotvila k pozemní stanici. Možná bude výhodnější plovoucí plošina. O tom můžeme ale pouze spekulovat, protože finální místo pozemní části ještě nebylo určeno.


kredit: http://www.ibtimes.com

Další systém lanoví by se už postupně přidával pomocí "výtahových aut", která by měla pendlovat a tahat další části lana. K posílení lana do konečné podoby musí proběhnout přes 500 cest výtahového auta.Nahoru by se mohl vozit i další materiál potřebný k výstavbě orbitální základny. I když celé obytné moduly bude lepší dopravit tradiční raketou. Orbitální základna se bude nacházet na geostacionární dráze 36 000 km.

Po dokončení by měla mezi pozemní stanicí a orbitální základnou pendlovat kabina s kapacitou 30 osob. Cestu rychlostí asi 200 km/h urazí za 7 a půl dne. Výtah by částečně měla pohánět energie vyrobená ze solárních článků přidružené orbitální elektrárny.

Celkové ani orientační náklady na stavbu zatím společnost nestanovila. Odhaduje se ale, že do budoucnosti to bude určitě zisková záležitost, protože výrazně sníží cenu dopraveného kilogramu na GEO i dál.
zdroje:Japan Times, International Business Times

Tohle je první konkrétní projekt kosmického výtahu, se kterým jsem se zatím setkal. Pevně doufám, že se nejedná jen o plácnutí do vody, kterým se chce firma zviditelnit, ale že to myslí skutečně vážně.