Myślę

Winda kosmiczna. Czy science fiction ma szansę na realizację?


  • 6
Winda kosmiczna (Fot. thetechlusion.com)

Winda kosmiczna (Fot. thetechlusion.com)

Winda kosmiczna to jedna z bardziej szalonych, ale równocześnie użytecznych wizji futurystów. Co jednak najciekawsze, wisząca w powietrzu lina, której koniec niknie wysoko w chmurach, ma szansę na realizację. Technologia zaczęła doganiać fantastykę i ma spore szanse zrównać się z nią w ciągu najbliższych dziesięcioleci.

Jak to działa?

Rozwiązanie opiera się na tej samej zasadzie co tradycyjna winda. Do prawidłowego działania są zatem potrzebne dwa punkty zaczepienia oraz rozciągnięta między nimi ruchoma lina. O ile przy realizacji klasycznych odmian w wieżowcach nie trzeba brać pod uwagę takich czynników jak np. ciężar liny, o tyle przy projekcie kosmicznym ten element ma ogromne znaczenie.

Trzeba się zastanowić, gdzie należy umieścić drugi punkt zaczepienia. Oczywiste jest, że pierwszy będzie na powierzchni Ziemi. Drugi natomiast musi być zlokalizowany na tzw. orbicie geostacjonarnej. Jest to orbita znajdująca się dokładnie nad równikiem, 35 786 km nad powierzchnią Ziemi. Obiekty na niej umieszczone (m.in. satelity telekomunikacyjne), mówiąc trywialnie – „wiszą” nieruchomo nad Ziemią.

Grawitacja oddziałuje na nie na tyle, aby nie odleciały w przestrzeń, ale też jest tak słaba, że nie spadają na powierzchnię Ziemi.

Guru wizjonerów – Michio Kaku – tak mówi o windzie:

Problem zasadniczy to lina. Zwieszona z punktu na orbicie geostacjonarnej do punktu na Ziemi, wykonana z obecnie dostępnych materiałów, natychmiast by się rozerwała. Trzeba pamiętać, że minimalna jej długość to ok. 36 000 km. W całości wisząca w polu grawitacyjnym Ziemi, nie wytrzymałaby własnego ciężaru.

Istnieją bardzo dokładne naukowe obliczenia oraz teorie opisujące kształt liny (np. jej średnica powinna wzrastać wraz z odległością od Ziemi), wytrzymałość na naprężenia, gęstość. Uogólniając, jedynym obecnie rozważanym materiałem, który może być wykorzystany jako budulec, są nanorurki węglowe. Spełniają one wszystkie parametry techniczne.

Obecnie jednak technologia nie pozwala na uzyskanie takiej ilości nowego materiału w takiej formie. Badania idą w dobrym kierunku i ostatnie doniesienia środowisk naukowych mówią o osiągnięciu wystarczającego poziomu techniki w ciągu najbliższych lat.

Historia koncepcji

Winda kosmiczna to odpowiedź na odwieczne dążenie człowieka do wspięcia się powyżej chmur. Już Biblia wspomina bowiem o czymś na kształt windy. Drabina ze snu Jakuba sięgała samego nieba, a po niej – z Ziemi do niebios i z powrotem – maszerowali aniołowie.

Bliższy współczesności uczony Konstanty Ciołkowski, żyjący na przełomie XIX i XX wieku, zaproponował wieżę sięgającą orbity geostacjonarnej. Na jej końcu miał się znajdować pałac.

Po co to komu?

Winda kosmiczna to wbrew pozorom rozwiązanie dające szereg możliwości. Przede wszystkim pozwala na dużo tańsze niż obecnie wynoszenie sprzętów oraz ludzi w przestrzeń kosmiczną. Jak wiadomo, aby opuścić Ziemię, obiekt musi osiągnąć tzw. prędkość ucieczki. Jest to minimalna prędkość, z jaką musi się poruszać, aby opuścić pole grawitacyjne ciała niebieskiego. Dla Ziemi wartość tej prędkości wynosi „zaledwie” 11,2 km/s.

Jak zatem rakiety i promy kosmiczne osiągają tak zawrotną prędkość? Niestety, ale obecnie stosowana metoda, czyli spalanie płynnego paliwa przez silniki odrzutowe, jest niezwykle kosztowna. Dodatkowo wymusza ogromne gabaryty pojazdu kosmicznego. Największy procent masy rakiety stanowią zbiorniki z paliwem potrzebnym na osiągnięcie magicznej prędkości 11,2 km/s.

Dla uzmysłowienia, jakie kwoty są potrzebne do realizacji misji kosmicznych, można podać proste wyliczenie: obecnie wyniesienie na orbitę 455 gramów ładunku kosztuje 40 000 dolarów. Dzięki windzie kosmicznej cena zmaleje do 100 dolarów.

Oczywiście w pierwszym etapie realizacji projektu należy się liczyć z ogromnymi kosztami. Według obliczeń dra Bradleya Edwardsa koszt budowy pierwszej windy może wynieść kilka miliardów dolarów. Czy więc gra jest warta świeczki?

Czy będą realne korzyści?

Jakie tak naprawdę korzyści może dać ludzkości budowa windy kosmicznej? Czy coraz większe zainteresowanie jej wybudowaniem to tylko domena naukowców? Czy można znaleźć inne niż czysto naukowo-poznawcze zastosowania?

Transport materiałów i ludzi po linie na orbitę pozwoli znacząco obniżyć koszty związane z przezwyciężaniem grawitacji. A zatem, zaczynając od podstaw – produkcję kosmodromów, rakiet, wahadłowców i satelitów będzie się dało przenieść na orbitę.

Gotowy kosmodrom umieszczony na orbicie będzie mógł wystrzeliwać bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną o wiele mniejsze i tańsze obiekty, które nie będą musiały pokonywać prędkości ucieczki, nie mówiąc o odporności na tarcie atmosfery. Eksploracja kosmosu stanie się łatwiejsza i przede wszystkim tańsza.

Dając się ponieść fantazji, można przejść do tematów bardziej odległych. Zakładając teoretyczną prędkość windy 200 km/h, co nie jest czymś nieosiągalnym, podróż na orbitę trwać będzie około tygodnia. Co istotne, już po półgodzinnej wycieczce przekracza się linię Karmana, czyli umowną granicę kosmosu.

Zakładając, że winda będzie wyposażona w odpowiednie mechanizmy wyrównywania ciśnienia wewnątrz i pasażerowie wcześniej nie zemdleją, od przekroczenia bariery Karmana będzie można przez resztę podróży podziwiać kosmos. Jazda na orbitę stanie się niesamowitym przeżyciem.

Wybiegając wyobraźnią dalej, można przewidzieć, że prędzej czy później na orbicie powstaną ośrodki mieszkalne. Wizje pisarzy futurystów mogą stać się faktem już za kilkadziesiąt lat. A biorąc pod uwagę stale zwiększającą się liczbę ludności, która właśnie niedawno przekroczyła 7 miliardów, takie rozwiązanie może stać się koniecznością.

Najbardziej szalone wizje zakładają utworzenie „warstwy mieszkalnej” na orbicie geostacjonarnej. Oplecenie Ziemi siatką obiektów mieszkalnych pozwoliłoby znacznie odciążyć przeludnioną planetę. A biorąc pod uwagę, że ten twór znajdowałby się poza atmosferą Ziemi, zapotrzebowanie na energię mogłoby być całkowicie zaspokojone światłem słonecznym.

Wizja wygląda jak wyjęta z książek science fiction. Jednak najdziwniejsze jest to, że jeśli uda się dopracować technologię wytwarzania nanorurek węglowych, to realizacja czegoś takiego będzie kwestią czasu. Pod względem technologicznym nasza cywilizacja będzie na odpowiednim poziomie rozwoju.

Jakie mogą być realne korzyści dla nas, zwykłych ludzi? Czy pojawienie się pierwszej, a później zapewne całej sieci wind kosmicznych na świecie wpłynie znacząco na życie? Jeżeli zastosowania komercyjne pojawią się szybko, na równi z naukowymi, to zapewne tak.

Przede wszystkim orbita ziemska, a w szerszym kontekście kosmos, stanie się szeroko dostępnym celem wycieczek. Nie będzie to, jak obecnie, zabawa dla multimilionerów. Obejrzenie Ziemi z przestrzeni kosmicznej będzie oferowane przez biura podróży w porównywalnych cenach do wycieczki autokarowej do Grecji.

Z punktu widzenia gospodarki windy mogą umożliwić tworzenie plantacji roślin konsumpcyjnych na orbicie. Herbata, kawa, banany – wszystko to może w pełni wykorzystywać moc bezpośrednich promieni słonecznych. Potencjalne obiekty mieszkalne mogą tworzyć idealny obieg zamknięty z takimi plantacjami.

Przytoczone wyżej przykłady to tylko kropla w morzu potencjalnych korzyści i zastosowań windy kosmicznej. Dość dziwnym zbiegiem okoliczności jest jednoczesne pojawienie się problemu przeludnienia oraz okiełznanie nanorurek węglowych. Samonapędzająca się machina czy może presja na znalezienie rozwiązania?

[FM_form id="2"]
Doświadczam
Strony i blogi (dla) sfrustrowanych rodziców – pół żartem, pół serio
Myślę
Zakupy na arenie konkurencji
Myślę
Studia wyższe – inwestycja w przyszłość czy strata czasu?
  • Anonim

    co za idiota napisał ten artykuł?? Słusznie, II prędkość kosmiczna dla Ziemi wynosi 11,2km/s ale to jest prędkość jaka trzeba nadać ciału na pow. Ziemi aby odleciało „na stałe” pomijając opory powietrza, a rakiety po prostu przebijają się stopniowo przez nasze pole grawitacyjne, nawet mogą lecieć z prędkością 1m/s, byle leciały wystarczająco długo i też się przebiją. W dodatku satelita geostacjonarny utrzymuje się na orbicie dzięki temu że jego przyspieszenie odsrodkowe równe jest sile przyciagania, więc jeśli zawiesilibyśmy na  niej tą line to przecież spadło by to, taka satelite wystarczyło by kopnąć żeby spadła na Ziemie. Jak mozna ludziom takie brednie wciskac, tylko po to zeby miec jakis ciekawy artykuł.

    • Marcin Honkisz

      Pozwolą panowie, że ustosunkuję się do obu wypowiedzi na raz.
      Artykuł z założenia ma być krótki i felietonistycznie traktujący temat. Wgłębianie się w techniczne aspekty działania nie do końca jest jego celem.
      Pomijając epitety pod moim adresem (nie uważam się za idiotę, mimo wszystko), dziękuję za cenne uwagi. Tak na szybko pozwolę sobie skomentować 🙂
      Kwestia II prędkości kosmicznej – uproszczenie mające na celu uświadomienie korzyści płynących z realizacji windy. Przecież obiekty „wspinające się” po linie też jej nie będą osiągać 🙂
      Orbita geostacjonarna. Mimo wszystko to właśnie punkt na niej ma być kluczowym elementem windy. Tam będzie umieszczony właśnie „drugi punkt zaczepienia” windy, czyli – patrząc z ziemi – liny. Oczywiście, że układ musi mieć przeciwwagę. I nie tylko ją, ale w trzech akapitach pt. „Jak to działa” naprawdę ciężko umieścić wszystkie szczegóły techniczne na ten temat…

      • Zachęcamy panów to rozwinięcia tematu. Chętnie opublikujemy artykuł rozwijający tą kwestię.

        • Anonim

          Zapraszam do przyjrzenia się innemu pomysłowi na windę kosmiczną. Do nie dawna myślałem, że to mój pomysł, ale okazało się,  że koncepcja jest starsza (lata 70′ XXw – projekt skyhook).
          https://sites.google.com/site/windakosmiczna/home
          Błąd w obliczeniach pana Marcina biierze się stąd, że w istocie nie chodzi o to z jaką prędkością trzeba się odrywać od ziemi, ale jaka siła grawitacji jest do pokonania.
          Cała reszta rozumowania nie wydaje mi się idiotyzmem, bo jakoś tą ekspansję kosmiczną trzeba usprawnić.
          Zapraszam też na stronę futurystyczną do działu „Myśli”, tam pół żartem, pół serio futurystyka pali się do przysłości…
          http://www.comporecordeyros.cba.pl/

  • Sebastian Grządka

    Ale idiotycznie napisany artykuł. Sam już od lat interesuje się tą koncepcją i pierwszy raz czytam artykuł z takimi niedopatrzeniami. Co autor miał na myśli pisząc „ruchoma lina”? Ruchomy punkt zaczepienia (platforma oceaniczna)? Bo sama lina jest nieruchoma, a wagonik wjeżdża po niej na górę. Nie mówiąc już o najbardziej rzucającym się w oczy: ŚRODEK CIĘŻKOŚCI liny ma być na orb. geostacjonarnej (36 tyś. km), żaden „drugi punkt zaczepienia”. Jeżeli nie wykorzystywać żadnej przeciwwagi (co w sumie byłoby gorszym rozwiązaniem) to lina musiałaby mieć ponad 100 tysięcy km by zrównoważyć swoją własną masę.

  • Moim zdaniem szybciej ludzie wygina niż takie windy powstaną. Posiadanie technologii nie gwarantuje ze to sie da zrobic, lub ze sie zrobi. Nie możemy zrobić prostego osiedla na księżycu, a już myślimy o bananach z orbity. Szybciej ludzie zrobią miasta umiejscowione na oceanach niż zasiedla orbitę. 
    Jak na razie nie rozwiązano problemow, które są podczas mieszkania na orbicie, czyli promieniowania, wpływ mikrograwitacji, mieszkanie w zamknięciu na ograniczonej powierzchni. Wiem można zrobic wirujące dyski, zrobić pancerne kapsuły itp. ale zejdźmy na ziemie. To nie jest tanie ani dobre rozwiązanie. Ostatnio czytałem ze co miesiąc wpada do atmosfery dość spory kawałek meteorytu, a o mniejszych nie wspomnę. Czytałem tez, ze stacja ISS zakłada jakieś ekrany balistyczne, aby uodpornić sie na odłamki z kosmosu i śmieci z orbity. 

    Jeżeli ma sie zrobić postęp w podboju kosmosu, to przede wszystkim trzeba wybudować bazę kosmiczna/ przeładunkowa na orbicie, z której będą startowały większe statki na księżyc lub dalej, coś jak promy.
    Musimy mieć stacje kosmiczna i fabryki na księżycu, aby wszystkiego nie produkować na ziemi, aby można było cześć zapasów i paliwa robić np na księżycu, a potem stamtąd lecieć większymi pojazdami na dalsze planety. 

    Nie ma możliwości aby kiedyś było tanio wynosić wszystko z ziemi. nawet jak zrobimy jakieś rakiety atomowe, co będą na raz wynosiły wielkie ładunki to i tak jest taka zasada, ze im większe, im bardziej skomplikowane tym bardziej zawodne, i ryzykowne. Z tego powodu własnie przepadły wahadłowce. 
    Okazało sie, ze bardziej sie opłaca i jest bezpieczniej wynosić ładunki i załogę osobnymi rakietami. Kiedyś tego nie robiono ze względu na problemy ze sterowaniem (musiał to robić kosmonauta, pilotować statek kosmiczny), teraz w dobie komputerów i nowych technik rakiety latają same z ograniczona kontrola z ziemi.  

    A tak naprawdę to pomysł, ze człowiek musi lecieć aby badać kosmos jest przestarzała koncepcja, i ja myślę, ze szybciej zrobimy roboty i automaty, które szybciej, taniej, i bezpieczniej zrobią to za nas. My jedynie co to długich badaniach może zdecydujemy sie na skolonizowanie, ale na pewno nie będziemy osobiście latać aby badać. Może będą takie roboty o ludzkich kształtach, które będą miały wszystkie zmysły jak ludzie, człowiek siedzący na ziemi za pomocą okularów z monitorem i skafandra będzie poruszał sie tym robotem jak avatarem, i będzie sie miało poczucie jak by sie było tam, jednocześnie będąc tu.