آسانسورهای فضایی ایده ای علمی-تخیلی نیستند


آسانسورهای فضایی اغلب به عنوان یک رویای علمی-تخیلی نادیده گرفته می شوند، اما استیون کوهن معتقد است که آنها به زودی ساخته خواهند شد – شاید در دو یا سه دهه. کوهن در طول دوران حرفه‌ای خود به‌عنوان استاد فیزیک و مهندس هوافضا مدام به ایده کابلی که از زمین تا فضا کشیده می‌شود که به مردم و محموله‌ها اجازه می‌دهد به راحتی به فضا سفر کنند، بازگشت. در سال‌های اخیر، او و سایر محققان راه‌های جدیدی برای ساختن طرح‌ها و پاسخ به پرسش‌هایی درباره نحوه کار آسانسورهای فضایی پیدا کرده‌اند. دلایل زیادی برای ساخت آسانسور فضایی وجود دارد. دلیل واضح آن صرفه جویی عظیم انرژی و هزینه است. این روش برای رسیدن به مدار زمین بسیار کارآمدتر از موشک است. عامل دیگری که اغلب نادیده گرفته می شود، دسترسی است. اصطلاح “ماموریت فضایی” با “انتقال” جایگزین خواهد شد، زیرا سفرها بیشتر و کمتر به شرایط آب و هوایی وابسته می شوند. انتقال سرنشین دار ایمن تر از روش های فعلی است که در آن فضانوردان خطر غیرقابل انکاری را برای از دست دادن جان خود در هر پرواز متحمل می شوند. یک آسانسور فضایی پلی برای کل منظومه شمسی خواهد بود. باری را در پایین بیندازید و به مدار زمین می‌رود، اما اگر همین کار را در بالا انجام دهید، به مدار خورشید خواهید رسید. همه اینها بدون هیچ سوختی کوهن را می توان پیام آور آسانسورهای فضایی دانست، اما حقیقت این است که او از مطالعه مکانیک آنها لذت می برد. او می‌گوید در دنیایی از مشکلات عظیم، رویاپردازی چنین پروژه‌هایی به او اجازه می‌دهد تا سناریویی را تصور کند که در آن همه ما مباشران مسؤول این سیاره می‌شویم. داستان او از سال 2004 شروع شد، زمانی که او دانشجوی کارشناسی ارشد در دفتر استادش آرون میرسا بود و درباره پایان نامه خود صحبت می کرد. میرسا کارشناس ارشد فضایی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه مک گیل بود. کوهن گفتگوی خود را اینگونه به یاد می آورد: کوهن: به نظر شما من باید چه تحقیقی انجام دهم؟ میرسا: در مورد آسانسور فضایی چیزی شنیدی؟ کوهن: نه. آسانسور فضایی چیست؟ میرسا: یک کابل 100000 کیلومتری را تصور کنید که از خط استوای زمین کشیده شده و در انتها به ماهواره متصل است. این سیستم با زمین می چرخد. Ascender ها را می توان به کابل هایی با بارهای انتقالی متصل کرد و سپس در فضا رها کرد. فکر کردم می توانید دینامیک این سیستم را مطالعه کنید. کوهن: به نظر… سخت است. سیستم آسانسور فضایی (شامل کابل و ماهواره ایستگاه) در صورتی به تعادل می رسد که مرکز جرم آن در یک مدار ژئوسنکرون قرار گیرد. میرسا: کارت سخت نمیشه. ساختن یک آسانسور فضایی اینجا روی زمین… کار سختی است. چند سال بعد کوهن پایان نامه کارشناسی ارشد خود را با عنوان دینامیک یک آسانسور فضایی منتشر کرد. در آن زمان او به عنوان مهندس در زمینه طراحی ماهواره کار می کرد. یک روز آخر هفته، یکی از دوستان کوهن او را با نام «مرد آسانسور فضایی» به کالین معرفی کرد. آنها (با همسر کوهن که از این مکالمه مداوم او شکایت می کند) در مورد آسانسورهای فضایی گفتگو کردند: کوهن: اگر روی استوا بایستید و به یک ماهواره در مدار زمین سنکرون (حدود 36000 کیلومتر ارتفاع) خیره شوید، ماهواره در فضا ظاهر می شود. ثابت باشد و بنابراین روزی یک بار به دور زمین می چرخد ​​زیرا سرعت آن دقیقاً با سرعت چرخش زمین برابر است. اکنون، آن سیاره کابلی را رها می کند، در حالی که همزمان از سوخت برای بلندتر شدن استفاده می کند. کابل روی زمین محکم می شود و ماهواره به ارتفاع صحیح آورده می شود و سیستم به چرخش با زمین ادامه می دهد. کابل به ریلی تبدیل می شود که در آن آسانسورهای مکانیکی، مانند قطارهای روی یک ریل عمودی، بار را به فضا می فرستند. کالین: اما چه چیزی کابل را کشیده نگه می دارد؟ کوهن اثرات گرانشی و گریز از مرکز را ترکیب می کند که در مقابل یکدیگر قرار دارند و در طول کابل متفاوت هستند. در زیر مدار ژئوسنکرون، گرانش پیروز می شود و در بالای آن، اثر گریز از مرکز. نتیجه یک کشش در سراسر کابل است که دقیقاً با مقدار صندلی در مدار زمین هماهنگ است. کالین: شب جمعه است، از کلمات ساده تر استفاده کنید. کوهن: برای ساخت آن به ماده ای نیاز داریم که مقاومت ویژه آن 50 برابر فولاد باشد. اما در حال حاضر، من و سایر مردم جهان وانمود می کنیم که این مشکل حل خواهد شد و در حالی که منتظر حل آن هستیم، به جنبه های دیگر آسانسورهای فضایی نگاه می کنیم. کالین: عالی است. اتصال بارهای سنگین می تواند باعث از بین رفتن کشش کابل و ناپایداری آن شود. محاسبات نشان می دهد که حداکثر جرم مجاز رایزر باید 1% جرم کل کابل باشد. کوهن و همسرش دوباره در سال 2014 با کالین ملاقات کردند. سوال کالین این بود: “آسانسور فضایی چه خبر؟” __ همسر کالین: “لطفا نه!” کالین: چیزی که من نمی فهمم این است که چرا یک کلایمر تحمل بار وقتی به پایین کابل متصل است آن را پایین نمی کشد؟ کوهن: اگر یک رایزر پایین تر از مدار زمین سنکرون، به ویژه نزدیک به زمین قرار گیرد، نوک کابل کمی به سمت پایین حرکت می کند و مشخصات کشش در سراسر کابل تغییر می کند. مشکل اصلی این است که بخشی از کابل بین رایزر و زمین دچار کاهش کشش می شود (مثل زمانی که یک نوار لاستیکی را به صورت عمودی نگه می دارید و سپس یک جرم را به وسط آن وصل می کنید). اگر کشش به صفر برسد، کابل دیگر سفت نمی ماند و سازه پایداری ذاتی خود را از دست می دهد. محاسبات نشان می دهد که یک رایزر (و هر چیزی که حمل می کند) می تواند حداکثر 1٪ از جرم کل کابل را تشکیل دهد. این هنوز هم جرم زیادی خواهد داشت، زیرا انتظار می رود وزن کابل صدها تن باشد. کالین: جنس کابل چطور است؟ کوهن: گفتم به من مربوط نیست. کالین: برو پیشش مرد! اکنون سال 2022 است. کوهن اخیراً در سمیناری در کالج وانیر در کبک، کانادا در مورد دو دهه تجربه خود در کار بر روی آسانسورهای فضایی صحبت کرد. سخنان ایشان در این سمینار با بخش پرسش و پاسخ به پایان رسید. دانش آموز 1: چه زمانی مواد آسانسور آماده می شود؟ کوهن: اگرچه تولید مواد ممکن مناسب در سال های اخیر پیشرفت کرده است، اما هنوز حداقل 10 سال با ماده مورد نظر (ماده ای که خواص کافی داشته باشد و با سرعت و هزینه مناسب تولید شود) فاصله داریم. غیر معمول نیست که فناوری های جدید منتظر ظهور مواد بهتر باشند، اما خوشبختانه تحقیقات مواد به دلایلی غیر از آسانسورهای فضایی در حال پیشرفت است. ماده ای ساخته شده از گرافن با استحکام 10 برابر فولاد در دانشگاه MIT آمریکا _ برای ساخت آسانسور فضایی به ماده ای با استحکام 50 برابر فولاد نیاز داریم. دانش آموز 2: این ایده بسیار جالب است، اما چرا باید آن را بسازیم؟ وقتی به موشک فکر می کنید، آنها وسیله حمل و نقل مضحکی هستند. برای یک ماموریت فضایی خاص، بیش از 90 درصد از جرم کل سکوی پرتاب سوخت است! مثل نشستن در ماشین بدون موتور، فقط با مخزن سوخت 100000 لیتری. ما باید این راه ناکارآمد فرار از زمین را با جاده سبزتر به فضا جایگزین کنیم. ناسا قصد دارد تا سال 2040 انسان ها را به مریخ بفرستد. من معتقدم که انسان ها قبل از اینکه یک آسانسور فضایی کار کنیم (با هزینه صدها میلیارد دلار) قطعاً روی مریخ راه خواهند رفت، اما برای اینکه رسیدن به مریخ یک تلاش پایدار باشد، ما نیاز به زیرساختی مانند آسانسور فضایی در اسرع وقت وجود دارد. دانش آموز 3: پس به نظر شما چه زمانی آسانسور فضایی ساخته می شود؟ کوهن: در اوایل دهه 1990، از نویسنده و مهندس معروف آرتور سی کلارک، که رمان فواره های بهشت ​​او داستان ساخت یک آسانسور فضایی را روایت می کند، همین سوال را مطرح کرد. پاسخ معروف او این بود: “احتمالاً 50 سال بعد از اینکه هیچ کس نخندید.” پاسخ مدرن‌تر این است: «وقتی ایلان ماسک بخواهد علامت تجاری آن را ثبت کند، می‌دانیم که نزدیک هستیم». امروز کوهن هنوز همان حسی را دارد که روزی که با نگرانی در دفتر آرون میرسا نشسته بود (آنها هنوز با هم کار می کنند). این راه ظریف به فضا تخیل او را بر می انگیزد و او را سرشار از امید می کند.

دیدگاهتان را بنویسید