Lifttel az űrbe

Forradalmian megváltoztatná az emberiség űrtevékenységét, ha megépülhetne az űrlift, amelynek segítségével a jelenlegi költségek töredékéért lehetne hasznos terhet juttatni a világűrbe. A megvalósítás még messze van, sőt egyesek szerint nem is lehetséges. A rendszer néhány elemét azonban már fejlesztik, és az egyiket sikerrel tesztelték a közelmúltban a Mojave-sivatagban.

Az űrlift szerkezete

A jelenlegi hordozórakétákkal igen drágán lehet hasznos terhet a világűrbe juttatni, a szállítás kilogrammonként közel 10 ezer dollárba kerül. Az egyelőre csak papíron létező űrlift körülbelül századára csökkenthetné a költségeket. Az űrlift lényege, hogy a Föld egyik felszíni pontját egy olyan Föld körül keringő ponttal kötik össze, amely mindig az adott földfelszíni hely fölött marad (úgynevezett geostacionárius pályán kering). Ezzel gyakorlatilag egy olyan kötél keletkezne, amelyen "fel lehetne mászni" a világűrbe.

Kötél az égből

Az űrlift ötlete 1895-ben bukkant fel, és az űrhajózás úttörőjétől, az orosz Ciolkovszkijtól származik. A téma Arthur C. Clark 1970-es években megjelent egyik regénye nyomán lett népszerű. Az űrlift kivitelezésének lehetőségéről a mai napig folynak a viták: egyesek szerint megvalósítható, mások a sok technikai nehézség miatt lehetetlennek gondolják.

Az űrtevékenység során régóta használják a geostacionárius pályát. Egy itt mozgó objektum keringési ideje megegyezik a Föld tengelyforgási idejével, tehát a kérdéses test elméletileg állandóan bolygónk felszínének ugyanazon pontja felett marad. A  kötelet, amely a Föld felszínén az Egyenlítő valamely pontjáról nyúlna a magasba, egy a geostacionárius pályánál valamivel magasabban lévő "ellensúly" feszítené ki. Az így kialakított kábel mentén közlekednének a teherszállító kabinok.

 

 

Ha a felszínről indulva bármilyen test a kábel tetejére jut, ott már azonos körsebességgel mozog bolygónk körül, mint a geostacionárius műholdak - ennek megfelelően hordozórakéta segítsége nélkül jut oda, ahol keringeni fog a Föld körül.

Mindehhez a kábelen mozgatni kell a teherhordó szerkezeteket. Ehhez nem megfelelő egy másik kábel, mivel még egy, a rendszer alapját képezővel megegyező szerkezet (lásd később) kellene hozzá - ami túl drágává teszi ezt a vontatási módot. A legtöbb terv főleg egyébként csak a felszállítással számol, a visszatéréshez valószínűleg olcsóbb lenne az egyszerű, ma is használt hővédőpajzs segítségével végzett légköri fékezés.

A kábelen haladó kabinok a tervek alapján három módon juthatnak az emelkedéshez szükséges energiához: vezeték nélküli energiaátadással (mint például az alábbi lézeres kísérlet során), valamilyen vezeték segítségével, amely a kábelben halad, avagy magában a teherszállító kabinban tárolt energia révén. Az űrlift működéséről ezen az oldalon tekinthető meg egy egyszerű animáció.

Nehéz kábel - súlyos gondok

A megvalósításnál azonban több, ma még megoldhatatlan probléma is felmerül. A kötélben a Föld forgása miatt erős centrifugális erő ébred, amelyet ki kell állnia a szerkezetnek. Az űrlifthez 35 ezer kilométer hosszú kábel szükséges, amelynek saját tömege óriási, és amely alatt leszakadhat. A kábel anyagának a becslések alapján közel 200-szor kell erősebbnek lennie a jó minőségű acélnál, és mintegy 4-5-ször erősebbnek a ma előállított legerősebb anyagoknál. A geostacionárius pályán mozgó égitest sem marad mindig pontosan az adott földfelszíni pont felett, az esetleges elmozdulást pedig minimalizálni, korrigálni szükséges.

A megkívánt teherbírású és kis sűrűségű anyag mibenlétére egyelőre csak ötletek vannak. Az egyik ilyen lehetőség az úgynevezett szénalapú nanocsövekből álló kábel. Egyes kísérletek és számítások alapján elképzelhető, hogy az ezekből felépített hatalmas kábel kibírja a terhelést - több kutató azonban egyelőre kétségbe vonja a számításokat.

Szénalapú nanocsövek mikroszkópos felvételei (NASA)

Szintén problémát okozhatnak a különféle rezgések, amelyek a hosszú kábelben ébrednek. Pontosan kell megtervezni a kábelen haladó testek sebességét és helyzetét is, hogy ne keltsenek további rezonanciát a rendszerben. Mindezek felett töltéskülönbségek támadhatnak a kábel mentén, és ma még nehéz előre látni, hogy milyen elektromos feszültségek keletkeznek benne. Az sem világos, milyen következményekkel járnak a napi ciklusú változások. Problémát jelenthetnek továbbá az időjárási szélsőségek, az erős szelek, valamint az űrszemétdarabokkal történő esetleges ütközések.

Sikeres kísérlet

Nemrég sikeres kísérletet hajtottak végre, amely egy apró, de érdekes elemét szimulálta a leendő űrlift működésének. Ennek keretében helikopterről eresztettek le egy hosszú kábelt, ezen kellett különböző robotoknak felmászniuk. Mindez egy 2 millió dollár összdíjazású verseny keretében történt.

Dave Bashford a LaserMotive csapatból előkészíti a robotot (NASA/Tom Tschida)

Az ötödik éve zajló, a NASA által szponzorált kísérletsorozaton sok eszköz szerepelt sikeresen, és emelkedett már felfelé a kötélen, mindössze a felszínről felfelé irányított lézer energiáját használva. A feladat végrehajtásához azonban komoly előkészület szükséges, ugyanis sikeres eredménynek csak a legalább 18 kilométer/órát elérő és azt stabilan tartó sebességet tekintik.

A British Columbia Egyetem robotja emelkedik a kötélen (space.com, R. Gilbertson)

Ahogyan az egyes tervekben a leendő űrlift kabinjai, a versenyen most szereplő robotok sem vihettek magukkal energiaforrást, a kísérlet mindössze a hatékony energiaátvitel vizsgálatát célozta. Az energiaellátás feladatát a Föld felszínéről kellett megoldani. Utóbbi keretében lézerrel világították meg alulról a robotokat, amelyeknek ebből kellett az emelkedéshez szükséges elektromos áramot megtermelni.

A csapatok idén az Egyesült Államok területén található Mojave-sivatagban találkoztak. A helikopterről lelógó, közel 1 kilométer hosszú kötélen legsikeresebben a LaserMotive nevű cég robotja jutott fel. Ez a berendezés mindössze négy perc alatt mászott fel a kötél tetejére, majd a mutatványt rövid időn belül megismételte. A LaserMotive mérnökei két éve dolgoznak a sikeres kísérleten, bár ők maguk nem bíznak az űrlift megvalósulásában a közeljövőben. A sikeresen tesztelt energiaátviteli módszert hasznosítását egyéb területeken tervezik.

Mit hoz a jövő?

Fantáziarajz egy emelkedő kabinról

Az űrlift egyelőre az elméletileg lehetséges, de még éppen nem kivitelezhető kategória határvidékén van. Könnyen elképzelhető, hogy a jövő technológiai előrelépései révén sikerül majd megvalósítani. Ha üzembe áll a szerkezet, sokkal több állam és cég sokkal olcsóbban fog műholdakat az űrbe küldeni - feltehetőleg a Naprendszer űrszondás kutatása is nagy lendületet kap. Az emberes űrutazás is sokkal több személynek lesz elérhető, ugrásszerűen megnőhet a turistautakra jelentkezők száma.

Egyes szakértők szerint a feljuttatás költségének csökkenése az űreszközök átlagos minőségét, illetve megbízhatóságát is csökkentheti. Ha a felszállítás olcsóbb lesz, kifizetődőbbé válhat több, olcsóbb műholdat gyártani, mint egyetlen drága példányt, mivel egy ismételt felbocsátás sem jelent súlyos anyagi terhet. A gyakoribb felbocsátások során a hasznos terhek növekvő száma is több ellenőrzést kíván majd, elkerülendő a veszélyes terheket, esetleges terrorista akciókat. További gondként merülhet fel, hogy a megnőtt felbocsátások növelik a veszélyes űrszemét mennyiségét is, amelyek becsapódásaikkal komoly kárt okozhatnak például a jövő űrállomásain.

 

 

Kisfilm az űrlift működéséről

 

* * *

 

Fantaszikus tervek a holnapból - díjkiosztó az Akadémián

A MiniSpaceWorld projekt célja, hogy az űrkutatás és a csillagászat múltját, jelenét és jövőjét szórakoztató módon, vasúti terepasztalrendszerhez hasonlóan felépített modellvilágokban, szabadidős tevékenység keretében mutassa be minél több embernek, elsosorban az ifjúságnak.

A nemzetközi versenypályázat ünnepélyes díjkiosztójára 2009. december 5-én 19:00 órakor kerül sor a Magyar Tudományos Akadémia vári épületegyüttesében (Budapest I., Országház utca 28.), a Kongresszusi Teremben. A legjobb pályázatok bemutatása és a díjak átadása mellett még egy nem mindennapi élmény is várja a MiniSpaceWorld versenypályázat díjkiosztójának résztvevőit.

Az ünnepi műsorban többek között az éterhegedűnek is hívott teremin egyik legkiválóbb művésze, Barbara Buchholz ad ízelítőt virtuóz tudásából a világ egyik első elektronikus hangszerén, amelyen érintés nélkül játszanak. Gáti Oszkár, Jászai-Mari- és Kisfaludy-Díjas színművész előadásában Ray Bradbury Az űrhajó című novelláját hallhatják az érdeklődők. A belépőjegy ára: 3500 Ft. További információk a Peregrinus Interstellar honlapján olvashatók.