Kosmiczna winda – czy jest możliwa

Dążenie ludzkości do eksploracji jak i kolonizacji przestrzeni kosmicznej sprowokowało wiele pomysłów na to, jak dokładnie to zrobić. Jednym z nich jest kosmiczna winda, która mogłaby wynosić towary na ziemską orbitę.

Naukowcy twierdzą, że wystrzelenie w kosmos za pomocą rakiet jest najlepszym sposobem na wysłanie ludzi na orbitę, jednak na przestrzeni lat zaproponowano inne „nierakietowe” metody, w tym futurystyczną „windę kosmiczną”.

 „Koncepcja windy kosmicznej – w istocie podniebnego kabla, który pozwoliłby ludziom wspiąć się w kosmos – była promowana przez niektórych ekspertów branżowych jako sposób na przezwyciężenie astronomicznych kosztów związanych z wysyłaniem ludzi i ładunków w kosmos za pomocą rakiet” – mówi Alberto de la Torre, fizyk z Northeastern University.

„Obecne systemy startowe są głównie jednorazowego użytku i zazwyczaj przekraczają 10 tysięcy dolarów za kilogram ładunku, co daje łącznie około 60 milionów dolarów za sam start. To właśnie cena może przemawiać za atrakcyjnością windy kosmicznej” – dodaje.

Po raz pierwszy zaproponowana przez rosyjskiego naukowca rakietowego Konstantina Ciołkowskiego pod koniec XIX wieku, winda kosmiczna rozciągałaby się od powierzchni Ziemi przez atmosferę, a następnie przez „orbitę geostacjonarną”, wysokość, na której obiekty w kosmosie – przyciągane przez grawitację naszej planety – orbitują wraz z jej obrotem. Orbita geostacjonarna znajduje się ponad 35 tysięcy kilometrów nad powierzchnią Ziemi.

Zaproponowany koncept opisuje kabel schodzący ze struktury satelitarnej zakotwiczonej na orbicie geostacjonarnej, która działałaby jako „przeciwwaga” w dół na Ziemię.

Teoretycznie satelita umieszczony poza orbitą geostacjonarną działałby stabilizująco na kabel poprzez kombinację sił przyciągania grawitacyjnego Ziemi, które wywierałoby na niego siłę skierowaną w dół z ziemi, oraz siły odśrodkowej jej obrotu, która wywierałaby siłę skierowaną w górę na kabel z kosmosu. Interakcja sił stworzyłaby idealne napięcie, naprężenie niezbędne do utrzymania kabla o takiej długości, mówi de la Torre.

„Kluczowym elementem windy kosmicznej byłby jej kabel, umieszczony na ziemskim równiku i zsynchronizowany z ruchem obrotowym Ziemi” – tłumaczy de la Torre.

Nie istnieje żaden dowód słuszności koncepcji windy kosmicznej. Chociaż podjęto kilka prób stworzenia projektu architektonicznego, w tym wielokrotnie nagradzanego projektu brytyjskiego architekta, to jednak liczne przeszkody techniczne sprawiają, że winda kosmiczna pozostaje poza zasięgiem naukowców od dziesięcioleci.

„Kabel o długości ponad 35 tysięcy kilometrów nie jest możliwy do wykonania przy użyciu standardowych materiałów. Jeśli byłby wykonany ze stali, maksymalne naprężenie, na jakie jest narażony na orbicie geostacjonarnej, przekraczałoby jego wytrzymałość na rozciąganie ponad 60 razy” – mówi de la Torre.

Jak tłumaczy badacz, w przypadku ziemskiej windy kosmicznej kluczowe znaczenie mają strategie mające na celu zmniejszenie sił rozciągających lub zdolności materiału do wytrzymania naprężeń.

Istnieją jednak materiały, które są obiecujące. Nanorurki z azotku boru, nanonitki diamentowe i grafen, wszystkie te materiały charakteryzują się „niską gęstością i wysoką wytrzymałością na rozciąganie”.

„Nanorurki węglowe są proponowane jako idealny materiał ze względu na ich wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Ostatnie badania wzbudziły obawy co do możliwości przełożenia ich właściwości w skali nano na megastruktury” – opisuje badacz.

„W dłuższej perspektywie, obietnica windy kosmicznej leży w jej potencjale do uczynienia podróży w kosmos znacznie bardziej ekonomicznymi. Koszt umieszczenia ładunku poza orbitą geostacjonarną można obniżyć do zaledwie kilkuset dolarów za kilogram Podczas gdy początkowa inwestycja w windę kosmiczną może być znaczna – podobnie jak koszt opracowania i wystrzelenia na orbitę Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – koszty te mogą się zwrócić po pomyślnym wystrzeleniu zaledwie kilku ton ładunku” – komentuje de la Torre.

„Wraz z ciągłą ewolucją nauk materiałowych, technologii kosmicznej i inżynierii, koncepcja wind kosmicznych nie powinna być wykluczona w niezbyt odległej przyszłości” – podsumowuje de la Torre.

Emil Gołoś