Kosmický výtah
Napsal: 14.9.2011 0:04
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
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