क्या अंतरिक्ष लिफ्ट बनाना संभव है? अंतरिक्ष लिफ्ट: कल्पना या वास्तविकता? नैनोटेक्नोलॉजी का इससे क्या लेना-देना है?

बहुत से लोग बाइबिल की कहानी जानते हैं कि कैसे लोग भगवान की तरह बनने के लिए निकले और स्वर्ग जितनी ऊंची मीनार बनाने का फैसला किया। भगवान ने क्रोधित होकर सभी लोगों को अलग-अलग भाषाएँ बोलने को कहा और निर्माण कार्य रुक गया।

यह सच है या नहीं, यह कहना कठिन है, लेकिन हजारों वर्षों के बाद, मानवता ने फिर से एक सुपरटावर बनाने की संभावना के बारे में सोचा। आख़िरकार, यदि आप हजारों किलोमीटर ऊंची संरचना बनाने का प्रबंधन करते हैं, तो आप अंतरिक्ष में माल पहुंचाने की लागत को लगभग एक हजार गुना कम कर सकते हैं! अंतरिक्ष एक बार और हमेशा के लिए कुछ दूर और अप्राप्य नहीं रह जाएगा।

प्रिय स्थान

अंतरिक्ष लिफ्ट की अवधारणा पर सबसे पहले महान रूसी वैज्ञानिक कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोव्स्की ने विचार किया था। उन्होंने मान लिया कि यदि आप 40,000 किलोमीटर ऊंचा टावर बनाते हैं, तो हमारे ग्रह का केन्द्रापसारक बल पूरी संरचना को पकड़कर रखेगा, इसे गिरने से रोकेगा।

पहली नज़र में, इस विचार से एक मील दूर मैनिलोविज़्म की गंध आती है, लेकिन आइए तार्किक रूप से सोचें। आज रॉकेटों का अधिकांश भार ईंधन होता है, जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाने में खर्च होता है। बेशक, इसका असर लॉन्च कीमत पर भी पड़ता है। एक किलोग्राम पेलोड को पृथ्वी की निचली कक्षा में पहुंचाने की लागत लगभग 20,000 डॉलर है।

इसलिए जब रिश्तेदार आईएसएस पर अंतरिक्ष यात्रियों को जैम देते हैं, तो आप निश्चिंत हो सकते हैं: यह दुनिया का सबसे महंगा व्यंजन है। यहाँ तक कि इंग्लैंड की महारानी भी इसे वहन नहीं कर सकतीं!

एक शटल लॉन्च करने में NASA को $500 से $700 मिलियन के बीच खर्च करना पड़ता है। अमेरिकी अर्थव्यवस्था में समस्याओं के कारण, नासा प्रबंधन को अंतरिक्ष शटल कार्यक्रम को बंद करने और आईएसएस तक कार्गो पहुंचाने के कार्य को निजी कंपनियों को आउटसोर्स करने के लिए मजबूर होना पड़ा।

आर्थिक समस्याओं के अलावा राजनीतिक समस्याएँ भी हैं। यूक्रेनी मुद्दे पर असहमति के कारण, पश्चिमी देशों ने रूस के खिलाफ कई प्रतिबंध और प्रतिबंध लगाए हैं। दुर्भाग्य से, उन्होंने अंतरिक्ष विज्ञान में सहयोग को भी प्रभावित किया। नासा को अमेरिकी सरकार से आईएसएस को छोड़कर सभी संयुक्त परियोजनाओं पर रोक लगाने का आदेश मिला। जवाब में, उप प्रधान मंत्री दिमित्री रोगोज़िन ने कहा कि रूस 2020 के बाद आईएसएस परियोजना में भाग लेने में दिलचस्पी नहीं रखता है और अन्य लक्ष्यों और उद्देश्यों पर स्विच करने का इरादा रखता है, जैसे चंद्रमा पर एक स्थायी वैज्ञानिक आधार स्थापित करना और मंगल ग्रह पर मानवयुक्त उड़ान।

सबसे अधिक संभावना है, रूस चीन, भारत और संभवतः ब्राज़ील के साथ मिलकर ऐसा करेगा। यह ध्यान दिया जाना चाहिए: रूस पहले से ही परियोजना पर काम पूरा करने जा रहा था, और पश्चिमी प्रतिबंधों ने इस प्रक्रिया को तेज कर दिया।

ऐसी भव्य योजनाओं के बावजूद, सब कुछ कागज पर ही रह सकता है जब तक कि पृथ्वी के वायुमंडल से परे माल पहुंचाने का अधिक कुशल और सस्ता तरीका विकसित नहीं किया जाता है। वही ISS के निर्माण पर कुल मिलाकर 100 बिलियन डॉलर से अधिक खर्च हुए थे! यह कल्पना करना डरावना है कि चंद्रमा पर एक स्टेशन बनाने में कितनी "हरियाली" लगेगी।

एक अंतरिक्ष लिफ्ट समस्या का सही समाधान हो सकता है। एक बार एलिवेटर चालू हो जाने पर, शिपिंग लागत घटकर दो डॉलर प्रति किलोग्राम हो सकती है। लेकिन पहले आपको इसे बनाने के तरीके के बारे में पूरी तरह से दिमाग लगाना होगा।

सुरक्षा का मापदंड

1959 में, लेनिनग्राद इंजीनियर यूरी निकोलाइविच आर्टसुटानोव ने अंतरिक्ष लिफ्ट का पहला कार्यशील संस्करण विकसित किया। चूँकि हमारे ग्रह के गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे से ऊपर की ओर लिफ्ट बनाना असंभव है, इसलिए उन्होंने इसका विपरीत करने का प्रस्ताव रखा - ऊपर से नीचे की ओर निर्माण करना। ऐसा करने के लिए, एक विशेष उपग्रह को भूस्थैतिक कक्षा (लगभग 36,000 किलोमीटर) में लॉन्च करना पड़ा, जहां इसे पृथ्वी के भूमध्य रेखा पर एक निश्चित बिंदु से ऊपर की स्थिति लेनी थी। फिर उपग्रह पर केबलों को जोड़ना शुरू करें और धीरे-धीरे उन्हें ग्रह की सतह की ओर नीचे लाएं। उपग्रह ने भी केबलों को लगातार तना हुआ रखते हुए एक प्रतिकार की भूमिका निभाई।

आम जनता इस विचार से विस्तार से तब परिचित हो पाई, जब 1960 में, कोम्सोमोल्स्काया प्रावदा ने आर्टसुटानोव के साथ एक साक्षात्कार प्रकाशित किया। साक्षात्कार पश्चिमी मीडिया द्वारा भी प्रकाशित किया गया था, जिसके बाद पूरी दुनिया "एलिवेटर फीवर" के अधीन हो गई थी। विज्ञान कथा लेखक विशेष रूप से उत्साही थे, वे भविष्य की गुलाबी तस्वीरें चित्रित करते थे, जिसका एक अनिवार्य गुण अंतरिक्ष लिफ्ट था।

लिफ्ट बनाने की संभावना का अध्ययन करने वाले सभी विशेषज्ञ इस बात से सहमत हैं कि इस योजना के कार्यान्वयन में मुख्य बाधा केबलों के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत सामग्री की कमी है। गणना के अनुसार, इस काल्पनिक सामग्री को 120 गीगापास्कल के वोल्टेज का सामना करना चाहिए, अर्थात। प्रति वर्ग मीटर 100,000 किलोग्राम से अधिक!

स्टील की ताकत लगभग 2 गीगापास्कल है, विशेष रूप से मजबूत विकल्पों के लिए यह अधिकतम 5 गीगापास्कल है, क्वार्ट्ज फाइबर के लिए यह 20 से थोड़ा ऊपर है। यह बहुत ही कम है। शाश्वत प्रश्न उठता है: क्या करें? नैनोटेक्नोलॉजी का विकास करें। एलेवेटर केबल की भूमिका के लिए सबसे आशाजनक उम्मीदवार कार्बन नैनोट्यूब हो सकते हैं। गणना के अनुसार, उनकी ताकत न्यूनतम 120 गीगापास्कल से कहीं अधिक होनी चाहिए।

अब तक, सबसे मजबूत नमूना 52 गीगापास्कल के तनाव को झेलने में सक्षम है, लेकिन अधिकांश अन्य मामलों में वे 30 से 50 गीगापास्कल की सीमा में टूट गए हैं। लंबे शोध और प्रयोगों के दौरान, दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के विशेषज्ञ एक अनसुना परिणाम प्राप्त करने में कामयाब रहे: उनकी ट्यूब 98.9 गीगापास्कल के वोल्टेज का सामना करने में सक्षम थी!

दुर्भाग्य से, यह एकबारगी सफलता थी, और कार्बन नैनोट्यूब के साथ एक और महत्वपूर्ण समस्या है। ट्यूरिन के पॉलिटेक्निक विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक निकोलस पुगनो एक निराशाजनक निष्कर्ष पर पहुंचे। यह पता चला है कि कार्बन ट्यूबों की संरचना में एक परमाणु के विस्थापन के कारण भी, एक निश्चित क्षेत्र की ताकत में 30% की तेजी से कमी आ सकती है। और यह सब इस तथ्य के बावजूद कि अब तक प्राप्त सबसे लंबा नैनोट्यूब नमूना केवल दो सेंटीमीटर का है। और यदि आप इस तथ्य को ध्यान में रखते हैं कि केबल की लंबाई लगभग 40,000 किलोमीटर होनी चाहिए, तो कार्य असंभव लगता है।

मलबा और तूफ़ान

एक और अत्यंत गंभीर समस्या अंतरिक्ष मलबे से संबंधित है। जब मानवता निकट-पृथ्वी की कक्षा में बस गई, तो उसने अपने पसंदीदा शगलों में से एक शुरू किया - अपनी महत्वपूर्ण गतिविधि के उत्पादों के साथ आसपास के स्थान को प्रदूषित करना। शुरुआत में, हम किसी तरह इस बारे में विशेष रूप से चिंतित नहीं थे। “आखिरकार, अंतरिक्ष अनंत है! - हमने तर्क किया। "आप कागज के टुकड़े को फेंक दें, और यह ब्रह्मांड की विशालता का पता लगाने के लिए आगे बढ़ेगा!"

यहीं हमसे गलती हो गई. विमान के सभी मलबे और अवशेष इसके शक्तिशाली गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा कब्जा कर लिए गए, हमेशा के लिए पृथ्वी के चारों ओर चक्कर लगाने के लिए अभिशप्त हैं। यह पता लगाने के लिए किसी इंजीनियर की आवश्यकता नहीं है कि यदि कबाड़ के इन टुकड़ों में से एक केबल से टकरा जाए तो क्या होगा। इसलिए, दुनिया भर के हजारों शोधकर्ता निकट-पृथ्वी लैंडफिल को खत्म करने के मुद्दे पर अपना दिमाग लगा रहे हैं।

ग्रह की सतह पर लिफ्ट के आधार की स्थिति भी पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है। प्रारंभ में, भूस्थैतिक उपग्रह के साथ सिंक्रनाइज़ेशन सुनिश्चित करने के लिए भूमध्य रेखा पर एक स्थिर आधार बनाने की योजना बनाई गई थी। हालाँकि, तूफानी हवाओं और अन्य प्राकृतिक आपदाओं के लिफ्ट पर हानिकारक प्रभावों से बचा नहीं जा सकता है।

फिर आधार को एक तैरते हुए प्लेटफ़ॉर्म से जोड़ने का विचार आया जो पैंतरेबाज़ी कर सके और तूफानों से "बचा" सके। लेकिन इस मामले में, कक्षा में और प्लेटफ़ॉर्म पर ऑपरेटरों को सर्जिकल सटीकता और पूर्ण सिंक्रनाइज़ेशन के साथ सभी आंदोलनों को करने के लिए मजबूर किया जाएगा, अन्यथा पूरी संरचना नरक में चली जाएगी।

अपनी ठोड़ी को ऊपर बनाए रखें!

सितारों तक हमारे कांटेदार रास्ते में आने वाली सभी कठिनाइयों और बाधाओं के बावजूद, हमें अपनी नाक नहीं लटकानी चाहिए और बिना किसी संदेह के इस अद्वितीय परियोजना को ठंडे बस्ते में नहीं डालना चाहिए। स्पेस एलिवेटर कोई विलासिता नहीं, बल्कि एक महत्वपूर्ण चीज़ है।

इसके बिना, निकट स्थान का उपनिवेशीकरण अत्यंत श्रमसाध्य, महँगा प्रयास बन जाएगा और इसमें कई वर्ष लग सकते हैं। बेशक, गुरुत्वाकर्षण-विरोधी प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के प्रस्ताव हैं, लेकिन यह बहुत दूर की संभावना है, और अगले 20-30 वर्षों में लिफ्ट की आवश्यकता है।

लिफ्ट न केवल भार उठाने और कम करने के लिए आवश्यक है, बल्कि "मेगा-स्लिंग" के रूप में भी आवश्यक है। इसकी मदद से, ऐसे कीमती ईंधन की भारी मात्रा खर्च किए बिना अंतरिक्ष यान को अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में लॉन्च करना संभव है, जिसका उपयोग अन्यथा जहाज को गति देने के लिए किया जा सकता है। पृथ्वी को खतरनाक कचरे से साफ करने के लिए लिफ्ट का उपयोग करने का विचार विशेष रुचि का है।

कई तारकीय परियोजनाओं के कार्यान्वयन में गंभीर बाधाओं में से एक यह है कि, उनके विशाल आकार और वजन के कारण, जहाजों को पृथ्वी पर नहीं बनाया जा सकता है। कुछ वैज्ञानिक उन्हें बाहरी अंतरिक्ष में इकट्ठा करने का प्रस्ताव करते हैं, जहां, भारहीनता के कारण, अंतरिक्ष यात्री अविश्वसनीय रूप से भारी वस्तुओं को आसानी से उठा और स्थानांतरित कर सकते हैं। लेकिन आज आलोचक अंतरिक्ष संयोजन की निषेधात्मक लागत की ओर सही ही इशारा करते हैं। उदाहरण के लिए, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की पूरी असेंबली के लिए लगभग 50 शटल लॉन्च की आवश्यकता होगी, और इन उड़ानों सहित इसकी लागत 100 बिलियन डॉलर के करीब पहुंच रही है। यह इतिहास की सबसे महंगी वैज्ञानिक परियोजना है, लेकिन एक इंटरस्टेलर स्पेस सेलबोट का निर्माण बाहरी अंतरिक्ष में रैमजेट जहाज के एक फ़नल की लागत कई गुना अधिक होगी।

लेकिन, जैसा कि विज्ञान कथा लेखक रॉबर्ट हेनलेन कहना पसंद करते हैं, यदि आप पृथ्वी से 160 किमी ऊपर उठ सकते हैं, तो आप पहले से ही सौर मंडल के किसी भी बिंदु से आधे रास्ते पर हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि किसी भी प्रक्षेपण के साथ, पहले 160 किमी, जब रॉकेट गुरुत्वाकर्षण के बंधन से बचने का प्रयास करता है, तो लागत का बड़ा हिस्सा "खा जाता है"। इसके बाद, कोई कह सकता है कि जहाज पहले से ही प्लूटो या उससे आगे तक पहुंचने में सक्षम है।

भविष्य में उड़ानों की लागत को नाटकीय रूप से कम करने का एक तरीका अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण करना है। रस्सी का उपयोग करके आकाश पर चढ़ने का विचार नया नहीं है - उदाहरण के लिए, परी कथा "जैक एंड द बीनस्टॉक" को लें; एक परी कथा एक परी कथा है, लेकिन यदि आप रस्सी के सिरे को अंतरिक्ष में ले जाएं, तो यह विचार सच हो सकता है। इस मामले में, पृथ्वी के घूर्णन का केन्द्रापसारक बल गुरुत्वाकर्षण बल को बेअसर करने के लिए पर्याप्त होगा, और रस्सी कभी भी जमीन पर नहीं गिरेगी। वह जादुई तरीके से लंबवत उठेगी और बादलों में गायब हो जाएगी।

(एक गेंद की कल्पना करें जिसे आप एक तार पर घुमाते हैं। गेंद गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित नहीं होती है; तथ्य यह है कि केन्द्रापसारक बल इसे घूर्णन के केंद्र से दूर धकेल रहा है। उसी तरह, एक बहुत लंबी रस्सी लटक सकती है पृथ्वी के घूमने के कारण हवा में।) रस्सी को पकड़ने की कोई जरूरत नहीं है, पृथ्वी का घूमना ही काफी होगा; सैद्धांतिक रूप से, एक व्यक्ति ऐसी रस्सी पर चढ़ सकता है और सीधे अंतरिक्ष में जा सकता है। कभी-कभी हम भौतिकी के छात्रों से ऐसी रस्सी में तनाव की गणना करने के लिए कहते हैं। यह दिखाना आसान है कि एक स्टील केबल भी इस तरह के तनाव का सामना नहीं कर सकती है; इस संबंध में लंबे समय तक यह माना जाता था कि अंतरिक्ष लिफ्ट का एहसास नहीं किया जा सकता है।

अंतरिक्ष लिफ्ट की समस्या में गंभीरता से दिलचस्पी लेने वाले पहले वैज्ञानिक रूसी वैज्ञानिक-दूरदर्शी कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की थे। 1895 ई. में. एफिल टॉवर से प्रेरित होकर, उन्होंने एक ऐसे टॉवर की कल्पना की जो सीधे बाहरी अंतरिक्ष में उठेगा और पृथ्वी को अंतरिक्ष में तैरते एक "तारा महल" से जोड़ देगा। इसे पृथ्वी से शुरू करके नीचे से ऊपर की ओर बनाया जाना था, जहां से इंजीनियर धीरे-धीरे स्वर्ग तक एक अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण करेंगे।

1957 में ᴦ. रूसी वैज्ञानिक यूरी आर्टसुटानोव ने एक नया समाधान प्रस्तावित किया: अंतरिक्ष से शुरू करते हुए, ऊपर से नीचे तक, उल्टे क्रम में एक अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण करना। लेखक ने पृथ्वी से 36,000 किमी की दूरी पर भूस्थैतिक कक्षा में एक उपग्रह की कल्पना की - पृथ्वी से यह गतिहीन दिखाई देगा; इस उपग्रह से एक केबल को पृथ्वी पर उतारने और फिर इसे सबसे निचले बिंदु पर सुरक्षित करने का प्रस्ताव था। समस्या यह है कि अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए केबल को लगभग 60-100 GPa का तनाव झेलना होगा। स्टील लगभग 2 GPa तनाव पर टूटता है, जो विचार के उद्देश्य को विफल कर देता है।

बाद में व्यापक दर्शकों को अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार से परिचित कराया गया; 1979 ई. में. आर्थर सी. क्लार्क का उपन्यास द फाउंटेन्स ऑफ पैराडाइज प्रकाशित हुआ, और 1982 में। - रॉबर्ट हेनलेन का उपन्यास "फ्राइडे"। लेकिन चूँकि इस दिशा में प्रगति रुक ​​गई है, इसलिए इसे भुला दिया गया है।

जब रसायनज्ञों ने कार्बन नैनोट्यूब का आविष्कार किया तो स्थिति नाटकीय रूप से बदल गई। 1991 में प्रकाशन के बाद उनमें रुचि तेजी से बढ़ी। निप्पॉन इलेक्ट्रिक के सुमियो इजिमा द्वारा। (यह कहना होगा कि कार्बन नैनोट्यूब का अस्तित्व 1950 के दशक से ज्ञात है, लेकिन लंबे समय तक इस पर ध्यान नहीं दिया गया।) नैनोट्यूब बहुत मजबूत होते हैं, लेकिन साथ ही स्टील केबल की तुलना में बहुत हल्के होते हैं। कड़ाई से कहें तो, उनकी ताकत अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए आवश्यक स्तर से भी अधिक है। वैज्ञानिकों के अनुसार, कार्बन नैनोट्यूब फाइबर को 120 GPa के दबाव का सामना करना चाहिए, जो कि सभी महत्वपूर्ण न्यूनतम से काफी अधिक है। इस खोज के बाद, अंतरिक्ष लिफ्ट बनाने का प्रयास नए जोश के साथ फिर से शुरू हुआ।

बी 1999 ई. नासा का एक प्रमुख अध्ययन प्रकाशित हुआ; इसने लगभग एक मीटर चौड़े और लगभग 47,000 किमी लंबे रिबन के रूप में एक अंतरिक्ष लिफ्ट की कल्पना की, जो पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में लगभग 15 टन वजन वाले पेलोड को पहुंचाने में सक्षम थी। इस तरह की परियोजना के कार्यान्वयन से अर्थशास्त्र तुरंत और पूरी तरह से बदल जाएगा अंतरिक्ष यात्रा। कार्गो को कक्षा में पहुंचाने की लागत तुरंत 10,000 गुना कम हो जाएगी; ऐसे बदलाव को क्रांतिकारी के अलावा और कुछ नहीं कहा जा सकता.

आज, एक पाउंड कार्गो को कम-पृथ्वी की कक्षा में पहुंचाने में कम से कम $10,000 का खर्च आता है, इस प्रकार, प्रत्येक शटल उड़ान की लागत लगभग $700 मिलियन होगी। अंतरिक्ष कार्यक्रम की लागत में इतनी बड़ी कटौती अंतरिक्ष यात्रा के बारे में हमारे सोचने के तरीके को पूरी तरह से बदल सकती है। एक बटन के साधारण धक्का से, आप एक एलिवेटर लॉन्च कर सकते हैं और एक हवाई जहाज के टिकट के समान कीमत पर बाहरी अंतरिक्ष में चढ़ सकते हैं।

लेकिन इससे पहले कि हम एक अंतरिक्ष लिफ्ट बनाएं जो हमें आसानी से आसमान तक ले जा सके, हमें बहुत गंभीर बाधाओं को दूर करना होगा। आज, प्रयोगशाला में उत्पादित सबसे लंबा कार्बन नैनोट्यूब फाइबर 15 मिमी से अधिक लंबा नहीं है। एक अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए हजारों किलोमीटर लंबे नैनोट्यूब केबल की आवश्यकता होगी। बेशक, वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, यह पूरी तरह से तकनीकी समस्या है, लेकिन इसे हल करना बेहद महत्वपूर्ण है, और यह जिद्दी और कठिन हो सकता है। फिर भी, कई वैज्ञानिक आश्वस्त हैं कि कार्बन नैनोट्यूब से लंबी केबल बनाने की तकनीक में महारत हासिल करने में हमें कई दशक लगेंगे।

दूसरी समस्या अनिवार्य रूप से यह है कि, कार्बन नैनोट्यूब की संरचना में सूक्ष्म गड़बड़ी के कारण, लंबी केबल प्राप्त करना आम तौर पर समस्याग्रस्त हो सकता है। पोलिटेक्निको डि ट्यूरिन के निकोला पुग्नो का अनुमान है कि यदि कार्बन नैनोट्यूब में एक भी परमाणु अपनी जगह से हट जाए, तो ट्यूब की ताकत तुरंत 30% तक कम हो सकती है। कुल मिलाकर, परमाणु स्तर पर दोष एक नैनोट्यूब केबल की 70% ताकत को ख़त्म कर सकते हैं; इस मामले में, अनुमेय भार न्यूनतम गीगापास्कल से कम होगा, जिसके बिना अंतरिक्ष लिफ्ट बनाना असंभव है।

अंतरिक्ष लिफ्ट के विकास में निजी उद्यमियों की रुचि बढ़ाने के प्रयास में, नासा ने दो अलग-अलग प्रतियोगिताओं की घोषणा की। (10 मिलियन डॉलर के पुरस्कार के साथ अंसारी एक्स-पुरस्कार प्रतियोगिता को एक उदाहरण के रूप में लिया गया था। प्रतियोगिता ने यात्रियों को बाहरी अंतरिक्ष के बिल्कुल किनारे तक ले जाने में सक्षम वाणिज्यिक रॉकेट के निर्माण में उद्यमशील निवेशकों की रुचि को सफलतापूर्वक बढ़ाया; घोषित पुरस्कार था 2004 में स्पेसशिपवन जहाज द्वारा प्राप्त किया गया।\"7डी नासा प्रतियोगिताओं को बीम पावर चैलेंज और टीथर चैलेंज कहा जाता है।

इनमें से पहला जीतने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम को एक यांत्रिक उपकरण बनाना होगा जो कम से कम 25 किलोग्राम वजन (अपने स्वयं के वजन सहित) को एक केबल (जैसे, एक क्रेन बूम से निलंबित) को 1 की गति से उठाने में सक्षम हो। 50 मीटर की ऊंचाई पर मीटर/सेकंड। कार्य सरल लग सकता है, लेकिन समस्या यह है कि इस उपकरण को ईंधन, बैटरी या विद्युत केबल का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, रोबोटिक लिफ्ट को सौर पैनलों, सौर परावर्तकों, लेजर या माइक्रोवेव विकिरण द्वारा संचालित किया जाना चाहिए, यानी उन ऊर्जा स्रोतों से जो अंतरिक्ष में उपयोग करने के लिए सुविधाजनक हैं।

टीथर चैलेंज जीतने के लिए, एक टीम को टीथर के दो-मीटर के टुकड़े जमा करने होंगे, जिनमें से प्रत्येक का वजन दो ग्राम से अधिक न हो; इसके अलावा, ऐसी केबल को पिछले वर्ष के सर्वोत्तम उदाहरण की तुलना में 50% अधिक भार का सामना करना होगा। इस प्रतियोगिता का लक्ष्य अंतरिक्ष में 100,000 किमी तक खींचे जाने लायक मजबूत अल्ट्रा-लाइटवेट सामग्री विकसित करने के लिए अनुसंधान को प्रोत्साहित करना है। विजेताओं को $150,000, $40,000 और $10,000 का पुरस्कार मिलेगा (कार्य की कठिनाई पर जोर देने के लिए, 2005 में - प्रतियोगिता के पहले वर्ष - किसी को भी पुरस्कार नहीं दिया गया था।)

बेशक, एक कार्यशील स्थान एलिवेटर अंतरिक्ष कार्यक्रम को नाटकीय रूप से बदल सकता है, लेकिन इसकी कमियां भी हैं। इस प्रकार, निचली-पृथ्वी कक्षा में उपग्रहों का प्रक्षेपवक्र लगातार पृथ्वी के सापेक्ष बदल रहा है (क्योंकि पृथ्वी उनके नीचे घूमती है)। इसका मतलब यह है कि समय के साथ, कोई भी उपग्रह 8 किमी/सेकेंड की गति से अंतरिक्ष लिफ्ट से टकरा सकता है; यह केबल को तोड़ने के लिए पर्याप्त से अधिक होगा। भविष्य में इसी तरह की तबाही को रोकने के लिए, या तो प्रत्येक उपग्रह पर छोटे रॉकेट उपलब्ध कराना आवश्यक होगा जो इसे लिफ्ट को बायपास करने की अनुमति देगा, या टेदर को छोटे रॉकेटों से लैस करना होगा ताकि यह उपग्रहों के पथ से बाहर जा सके। .

उसी समय, सूक्ष्म उल्कापिंडों के साथ टकराव एक समस्या बन सकता है - आखिरकार, अंतरिक्ष लिफ्ट पृथ्वी के वायुमंडल से बहुत आगे निकल जाएगी, जो ज्यादातर मामलों में हमें उल्कापिंडों से बचाती है। चूँकि ऐसी टक्करों की भविष्यवाणी नहीं की जा सकती, इसलिए अंतरिक्ष लिफ्ट को अतिरिक्त सुरक्षा और शायद असफल-सुरक्षित बैकअप सिस्टम से भी सुसज्जित करना होगा। तूफान, ज्वारीय लहरें और तूफान जैसी वायुमंडलीय घटनाएं भी एक समस्या पैदा कर सकती हैं।

अंतरिक्ष लिफ्ट

जो कोई भी सोचता है कि नैनोटेक्नोलॉजी की मदद से केवल सबमरोस्कोपिक, मानव आंखों के लिए अदृश्य कुछ बनाना संभव है, वह शायद नासा के विशेषज्ञों द्वारा हाल ही में विकसित की जा रही परियोजना से आश्चर्यचकित होगा और जिसने वैज्ञानिकों और सामान्य लोगों का इतना ध्यान आकर्षित किया है। जनता। हम तथाकथित अंतरिक्ष लिफ्ट परियोजना के बारे में बात कर रहे हैं।

स्पेस एलिवेटर कई दसियों हज़ार किलोमीटर लंबी एक केबल है जो एक परिक्रमा करने वाले अंतरिक्ष स्टेशन को प्रशांत महासागर के मध्य में स्थित एक प्लेटफ़ॉर्म से जोड़ती है।

स्पेस एलिवेटर का विचार एक सदी से भी अधिक पुराना है। सबसे पहले 1895 में इसके बारे में बात करने वाले महान रूसी वैज्ञानिक कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोव्स्की थे, जो आधुनिक कॉस्मोनॉटिक्स के संस्थापक थे। उन्होंने बताया कि आधुनिक रॉकेट विज्ञान में अंतर्निहित सिद्धांत आधुनिक प्रक्षेपण वाहनों को अंतरिक्ष में माल पहुंचाने का एक प्रभावी साधन बनने की अनुमति नहीं देता है। इसके अनेक कारण हैं:

सबसे पहले, आधुनिक रॉकेटों की दक्षता इस तथ्य के कारण बहुत कम है कि पहले चरण के इंजनों की शक्ति का बड़ा हिस्सा गुरुत्वाकर्षण बल पर काबू पाने पर काम करता है।

दूसरे, यह ज्ञात है कि ईंधन द्रव्यमान में कई बार उल्लेखनीय वृद्धि से गति में केवल थोड़ी वृद्धि होती हैरॉकेट. इसीलिए, उदाहरण के लिए, 2900 टन के प्रक्षेपण द्रव्यमान के साथ अमेरिकी सैटर्न-अपोलो रॉकेट प्रणाली ने केवल 129 टन को कक्षा में लॉन्च किया। इसलिए रॉकेट का उपयोग करके अंतरिक्ष प्रक्षेपण की खगोलीय लागत (एक किलोग्राम कार्गो को कम कक्षा में लॉन्च करने की लागत औसतन लगभग $10,000 है।)

और, रॉकेट लॉन्च करने की लागत को कम करने के बार-बार प्रयासों के बावजूद, ऐसा प्रतीत होता है कि वस्तुओं और लोगों को कक्षा में ले जाने की लागत आधुनिक रॉकेट प्रौद्योगिकियों पर आधारित मानक वायु परिवहन की लागत से काफी कम हो गई है।

मौलिक रूप से असंभव.

कार्गो को अधिक सस्ते में अंतरिक्ष में भेजने के लिए, लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने एक अंतरिक्ष लिफ्ट बनाने का प्रस्ताव रखा। प्रारंभिक अनुमानों के अनुसार, लिफ्ट का उपयोग करके कार्गो लॉन्च करने की लागत हजारों डॉलर से घटकर 10 डॉलर प्रति किलोग्राम हो सकती है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है

कि अंतरिक्ष लिफ्ट सचमुच दुनिया को उल्टा कर सकती है, जिससे मानवता को पूरी तरह से नए अवसर मिलेंगे।

अनिवार्य रूप से, एलिवेटर एक केबल होगी जो ऑर्बिटल स्टेशन को पृथ्वी की सतह पर एक प्लेटफॉर्म से जोड़ेगी। क्रॉलर-माउंटेड केबिन केबल के साथ ऊपर और नीचे जाएंगे, उपग्रहों और जांचों को ले जाएंगे जिन्हें कक्षा में लॉन्च करने की आवश्यकता है। इस एलिवेटर की मदद से सबसे ऊपर चंद्रमा, मंगल, शुक्र और क्षुद्रग्रहों की ओर जाने वाले अंतरिक्ष यान के लिए अंतरिक्ष में लॉन्च पैड बनाना संभव होगा। लिफ्ट "केबिन" को ऊर्जा की आपूर्ति करने की समस्या को मूल तरीके से हल किया गया है: केबल को सौर पैनलों से कवर किया जाएगा या केबिन छोटे फोटोवोल्टिक पैनलों से सुसज्जित होंगे, जो पृथ्वी से शक्तिशाली लेजर द्वारा रोशन किए जाएंगे।

वैज्ञानिकों ने वाणिज्यिक उड़ान मार्गों से सैकड़ों किलोमीटर दूर, प्रशांत महासागर के भूमध्यरेखीय जल में, अंतरिक्ष लिफ्ट के जमीनी आधार को समुद्र में रखने का प्रस्ताव रखा है। यह ज्ञात है कि तूफान कभी भी भूमध्य रेखा को पार नहीं करते हैं और यहां लगभग कोई बिजली नहीं होती है, जो लिफ्ट को अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करेगी।

अंतरिक्ष लिफ्ट का वर्णन त्सोल्कोव्स्की के साथ-साथ विज्ञान कथा लेखक आर्थर सी. क्लार्क के कार्यों में किया गया है, और इस तरह के लिफ्ट के निर्माण की परियोजना 1960 में लेनिनग्राद इंजीनियर यूरी आर्टसुटानोव द्वारा विकसित की गई थी। कई वर्षों तक, अंतरिक्ष लिफ्ट के विचार का एक सक्रिय प्रवर्तक अस्त्रखान था

वैज्ञानिक जी पॉलाकोव।

लेकिन अब तक कोई भी इतना हल्का और मजबूत पदार्थ पेश नहीं कर पाया है कि इसका इस्तेमाल स्पेस केबल बनाने में किया जा सके। हाल तक, सबसे टिकाऊ सामग्री स्टील थी। लेकिन कई हजार किलोमीटर लंबी स्टील केबल बनाना संभव नहीं है, क्योंकि सरलीकृत गणना से भी संकेत मिलता है कि आवश्यक ताकत की स्टील केबल 50 किमी की ऊंचाई पर पहले से ही अपने वजन के नीचे ढह जाएगी।

हालाँकि, नैनोटेक्नोलॉजी के विकास के साथ, अल्ट्रा-मजबूत और अल्ट्रा-लाइट कार्बन नैनोट्यूब से बने फाइबर के आधार पर आवश्यक विशेषताओं के साथ एक केबल बनाने का एक वास्तविक अवसर पैदा हुआ है, अब तक कोई भी एक मीटर लंबा भी बनाने में कामयाब नहीं हुआ है नैनोट्यूब से केबल, लेकिन, परियोजना डेवलपर्स के अनुसार, नैनोट्यूब उत्पादन प्रौद्योगिकियों में हर दिन सुधार किया जा रहा है, इसलिए ऐसी केबल कुछ वर्षों में अच्छी तरह से बनाई जा सकती है।

लिफ्ट का मुख्य तत्व एक केबल है, जिसका एक सिरा पृथ्वी की सतह से जुड़ा होता है, और दूसरा लगभग 100 हजार किमी की ऊंचाई पर अंतरिक्ष में खो जाता है। यह केबल न केवल बाहरी अंतरिक्ष में "लटकेगी", बल्कि दो बहुदिशात्मक बलों के प्रभाव के कारण एक स्ट्रिंग की तरह खिंच जाएगी: केंद्र

भागने वाला और केन्द्राभिमुख।

उनकी प्रकृति को समझने के लिए कल्पना करें कि आपने किसी वस्तु को रस्सी से बांध दिया और उसे खोलना शुरू कर दिया। जैसे ही यह एक निश्चित गति प्राप्त कर लेती है, रस्सी कस जाएगी, क्योंकि एक केन्द्रापसारक बल वस्तु पर कार्य करता है, और एक अभिकेन्द्र बल स्वयं रस्सी पर कार्य करता है, जो इसे खींचता है। अंतरिक्ष में उठाए गए केबल के साथ भी कुछ ऐसा ही होगा। इसके ऊपरी सिरे पर कोई भी वस्तु, या यहाँ तक कि मुक्त सिरे पर भी, हमारे ग्रह के एक कृत्रिम उपग्रह की तरह घूमेगी, केवल पृथ्वी की सतह पर एक विशेष "रस्सी" से "बंधी" होगी।

बलों का संतुलन तब होगा जब विशाल रस्सी के द्रव्यमान का केंद्र 36 हजार किलोमीटर की ऊंचाई पर होगा, यानी तथाकथित भूस्थैतिक कक्षा में। यह वहां है कि कृत्रिम उपग्रह पृथ्वी के ऊपर गतिहीन रूप से लटके रहते हैं, 24 घंटों में इसके साथ एक पूर्ण क्रांति करते हैं। इस मामले में, यह न केवल तनावग्रस्त होगा, बल्कि लगातार एक कड़ाई से परिभाषित स्थिति पर कब्जा करने में भी सक्षम होगा - पृथ्वी के क्षितिज के लंबवत, बिल्कुल हमारे ग्रह के केंद्र की ओर।

चित्र 24. कलाकार पैट रॉलिंग्स द्वारा कल्पना की गई अंतरिक्ष लिफ्ट*

http://flightprojects.msfc.nasa.gov से पुनर्मुद्रित

अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण शुरू करने के लिए, कुछ अंतरिक्ष शटल उड़ानें बनाना आवश्यक होगा। वे और अपने स्वयं के स्वायत्त इंजन वाला एक विशेष मंच 20 टन केबल को भूस्थैतिक कक्षा में पहुंचाएगा। फिर यह माना जाता है कि केबल के एक छोर को पृथ्वी पर उतारा जाएगा और इसे रॉकेट लॉन्च करने के लिए वर्तमान लॉन्च पैड के समान एक मंच पर प्रशांत महासागर के भूमध्यरेखीय क्षेत्र में कहीं सुरक्षित किया जाएगा।

फिर उन्होंने केबल के साथ विशेष लिफ्ट लगाने की योजना बनाई, जो केबल में नैनोट्यूब कोटिंग की अधिक से अधिक परतें जोड़ देगी, जिससे इसकी ताकत बढ़ जाएगी। इस प्रक्रिया में कुछ साल लगेंगे और पहला अंतरिक्ष लिफ्ट तैयार हो जाएगा।

दिलचस्प संयोग: 1979 में, विज्ञान कथा लेखक आर्थर सी. क्लार्क ने अपने उपन्यास "द फाउंटेन ऑफ पैराडाइज" में एक "स्पेस एलिवेटर" के विचार को सामने रखा और स्टील को एक निश्चित अल्ट्रा-मजबूत "छद्म-एक" से बदलने का प्रस्ताव रखा। -आयामी हीरा क्रिस्टल,'' जो इस उपकरण के लिए मुख्य निर्माण सामग्री बन गया। सबसे दिलचस्प बात यह है कि क्लार्क ने लगभग अनुमान लगाया था कि अंतरिक्ष लिफ्ट के निर्माण की परियोजना में रुचि का वर्तमान चरण कार्बन क्रिस्टल - नैनोट्यूब से जुड़ा है, जिनमें उल्लेखनीय गुण हैं, जिनसे हम पहले ही परिचित हो चुके हैं।

और जो बिल्कुल आश्चर्यजनक है: अंतरिक्ष लिफ्ट के विकास में भाग लेने वालों में से एक भौतिक विज्ञानी का नाम रॉन मॉर्गन है। मॉर्गन आर्थर सी. क्लार्क के उपन्यास के पात्र का नाम भी था, वह इंजीनियर जिसने अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण किया था!

मैं बस वैज्ञानिक समस्याओं को देख रहा था जिसके लिए वे बड़े पुरस्कार की पेशकश करते हैं और मुझे यह अजीब समस्या मिली - एक केबल को अंतरिक्ष में खींचना।

पहली बार, ऐसी संरचना के निर्माण का काल्पनिक विचार, जो ग्रह की सतह से कक्षीय स्टेशन तक फैली केबल के उपयोग पर आधारित होगा, 1895 में कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की द्वारा व्यक्त किया गया था। तब से, विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सभी उपलब्धियों के बावजूद, परियोजना केवल विचार स्तर पर ही बनी हुई है।

इस परियोजना के लिए पुरस्कार राशि कितनी है?

2005 से, संयुक्त राज्य अमेरिका में वार्षिक स्पेस एलेवेटर गेम्स प्रतियोगिताएं आयोजित की जाती रही हैं, जो नासा के सहयोग से स्पेसवार्ड फाउंडेशन द्वारा आयोजित की जाती हैं। इन प्रतियोगिताओं में दो श्रेणियां हैं: "सर्वश्रेष्ठ केबल" और "सर्वश्रेष्ठ रोबोट (लिफ्ट)"।

अर्थात्, बोनस प्राप्त करने के लिए, आपको पूर्णतः कार्यशील स्थान एलिवेटर बनाने की आवश्यकता नहीं है। यह एक उपयुक्त केबल या उपयुक्त लिफ्ट के लिए एक विचार विकसित करने और उनके प्रोटोटाइप बनाने के लिए पर्याप्त है। 2009 में, स्पेस एलेवेटर गेम्स का कुल पुरस्कार पूल $4,000,000 था।

अंतरिक्ष में चढ़ने की इस विशेष पद्धति में इतनी रुचि क्यों है? क्या आप किसी सस्ती चीज़ के बारे में सोच सकते हैं? लेकिन इस तरह के जटिल बुनियादी ढांचे को बनाए रखना, एक केबल बढ़ाना, एक चट्टान को खत्म करना - एक रॉकेट लॉन्च करने से अधिक महंगा हो सकता है। ऐसी केबल का उपयोग करके कितना द्रव्यमान उठाया जा सकता है? मुझे नहीं लगता कि यह बहुत अधिक है, और ऊर्जा लागत को भी ध्यान में रखना होगा।

अंतरिक्ष में लिफ्ट के बारे में ये विचार अब शोधकर्ताओं और डिजाइनरों के दिमाग में घूम रहे हैं।

लिफ्ट जो लोगों और माल को ग्रह की सतह से अंतरिक्ष तक ले जा सकती है, का मतलब अंतरिक्ष-प्रदूषणकारी रॉकेटों का अंत हो सकता है। लेकिन ऐसा एलिवेटर बनाना बेहद मुश्किल है। अंतरिक्ष लिफ्ट की अवधारणा बहुत पहले से ज्ञात थी और कॉन्स्टेंटिन एडुआर्डोविच त्सोल्कोव्स्की द्वारा पेश की गई थी, लेकिन तब से हम इस तरह के तंत्र के व्यावहारिक कार्यान्वयन के रत्ती भर भी करीब नहीं आए हैं। एलोन मस्क ने हाल ही में ट्वीट किया: "और कृपया मुझसे अंतरिक्ष लिफ्ट के बारे में तब तक सवाल न पूछें जब तक हम कम से कम एक मीटर लंबी कार्बन नैनोट्यूब सामग्री विकसित नहीं कर लेते।"

एलोन मस्क को कई लोग हमारे समय का दूरदर्शी मानते हैं - निजी अंतरिक्ष अन्वेषण के अग्रणी और हाइपरलूप परिवहन प्रणाली के विचार के पीछे व्यक्ति, जो लोगों को एक धातु ट्यूब के माध्यम से लॉस एंजिल्स से सैन फ्रांसिस्को तक ले जाने में सक्षम है। 35 मिनट. लेकिन कुछ विचार ऐसे भी हैं जिन्हें वह भी बहुत दूर की कौड़ी मानते हैं। जिसमें एक अंतरिक्ष लिफ्ट भी शामिल है।

“यह अविश्वसनीय रूप से कठिन है। मुझे नहीं लगता कि अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण एक यथार्थवादी विचार है, ”मस्क ने पिछले अक्टूबर में एमआईटी में एक सम्मेलन में कहा था, कि अंतरिक्ष में सामग्री ले जाने वाले लिफ्ट की तुलना में लॉस एंजिल्स से टोक्यो तक एक पुल बनाना आसान होगा।

लोगों और पेलोड को कैप्सूल में अंतरिक्ष में भेजना, जो पृथ्वी के घूमने के कारण एक विशाल केबल के साथ चलता है, आर्थर सी. क्लार्क जैसे विज्ञान कथा लेखकों के कार्यों में चित्रित किया गया था, लेकिन वास्तविक दुनिया में व्यावहारिक होने की संभावना नहीं थी। यह पता चला है कि हम खुद को धोखा दे रहे हैं, और हमारी क्षमताएं इस जटिल तकनीकी समस्या को हल करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं?

अंतरिक्ष लिफ्ट के समर्थकों का मानना ​​है कि यह पर्याप्त है। वे रासायनिक रॉकेटों को अप्रचलित, जोखिम भरा, पर्यावरण के लिए हानिकारक और वित्तीय बर्बादी के रूप में देखते हैं। उनका विकल्प अनिवार्य रूप से अंतरिक्ष के लिए एक रेल लाइन है: एक विद्युत चालित अंतरिक्ष यान जो पृथ्वी पर एक लंगर से ग्रह के चारों ओर भूस्थैतिक कक्षा में एक काउंटरवेट से जुड़े हेवी-ड्यूटी तार पर चल रहा है। एक बार चालू होने पर, अंतरिक्ष लिफ्ट कम से कम $500 प्रति किलोग्राम के हिसाब से अंतरिक्ष में पेलोड पहुंचा सकते हैं, जबकि वर्तमान दर पर यह $20,000 प्रति किलोग्राम है।

इंटरनेशनल स्पेस एलेवेटर कंसोर्टियम के अध्यक्ष पीटर स्वान कहते हैं, "यह अभूतपूर्व शक्तिशाली तकनीक सौर मंडल को मानवता के लिए खोल सकती है।" "मुझे लगता है कि पहली लिफ्ट रोबोटिक होंगी, और 10-15 वर्षों में हम छह से आठ लिफ्ट बनाएंगे जो लोगों को ले जाने के लिए पर्याप्त सुरक्षित होंगी।"

दुर्भाग्य से, ऐसी संरचना को न केवल 100,000 किलोमीटर लंबा - पृथ्वी की परिधि के दोगुने से अधिक - की आवश्यकता होगी - इसे अपना वजन भी वहन करने की आवश्यकता होगी। अभी तक पृथ्वी पर ऐसे गुणों वाला कोई पदार्थ नहीं है।

लेकिन कुछ वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि यह किया जा सकता है—और इस शताब्दी के भीतर यह वास्तविकता बन जाएगा। बड़ी जापानी निर्माण कंपनी 2050 तक इसे बनाने का वादा कियावर्ष। अमेरिकी शोधकर्ता, जिन्होंने हाल ही में नैनोफाइबर से बनी हीरे जैसी सामग्री विकसित की है, का भी मानना ​​है कि अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए एक केबल सदी के अंत से पहले दिखाई देगी।

ऐसी अविश्वसनीय संरचना का डिज़ाइन पतली और अल्ट्रा-मजबूत कार्बन नैनोट्यूब से बनी एक विशेष केबल पर आधारित होगा। इस केबल की लंबाई 96 हजार किलोमीटर होगी.

भौतिकी के नियमों के अनुसार, घूर्णन का केन्द्रापसारक बल ऐसी केबल को गिरने से रोकेगा, इसे इसकी पूरी लंबाई तक खींचेगा। सफल होने पर, लिफ्ट 200 किमी/घंटा की गति से यात्रा करने में सक्षम होगी, जिससे केबिन में 30 लोगों को उठाया जा सकेगा। 36 हजार किलोमीटर की ऊंचाई पर, जहां लिफ्ट एक हफ्ते में पहुंच जाएगी, एक स्टॉप की योजना बनाई गई है। लिफ्ट पर्यटकों को इस ऊंचाई तक ले जाएगी, और शोधकर्ता और विशेषज्ञ बहुत ऊपर तक चढ़ने में सक्षम होंगे।

अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए आधुनिक विचार 1895 से मिलते हैं, जब कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोव्स्की पेरिस में नवनिर्मित एफिल टॉवर से प्रेरित थे और उन्होंने अंतरिक्ष तक फैली एक इमारत के निर्माण की भौतिकी की गणना की थी ताकि अंतरिक्ष यान को रॉकेट के बिना कक्षा से लॉन्च किया जा सके। आर्थर सी. क्लार्क के 1979 के उपन्यास द फाउंटेन ऑफ हेवन में, नायक आज पेश किए जा रहे डिजाइन के समान डिजाइन वाला एक अंतरिक्ष लिफ्ट बनाता है।

लेकिन इसे हकीकत कैसे बनाया जाए? यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में सेंटर फॉर एल्टीट्यूड, स्पेस एंड एक्सट्रीम मेडिसिन के संस्थापक केविन फोंग कहते हैं, "मुझे इस विचार की अपमानजनकता पसंद है।" "मैं देख सकता हूं कि लोग इस विचार को क्यों पसंद करते हैं, क्योंकि यदि आप सस्ते और सुरक्षित रूप से निचली-पृथ्वी की कक्षा में पहुंच सकते हैं, तो बहुत जल्द आंतरिक सौर मंडल आपके निपटान में होगा।"

सुरक्षा प्रश्न

सबसे बड़ी बाधा यह है कि ऐसी व्यवस्था कैसे बनाई जाए। फोंग कहते हैं, "शुरू करने के लिए, इसे ऐसी सामग्री से बनाया जाना चाहिए जो अभी तक अस्तित्व में नहीं है, लेकिन परिवहन का समर्थन करने और अविश्वसनीय बाहरी ताकतों का सामना करने के लिए सही द्रव्यमान और घनत्व विशेषताओं के साथ मजबूत और लचीला है।" "मुझे लगता है कि इस सब के लिए हमारी प्रजाति के इतिहास में सबसे महत्वाकांक्षी कक्षीय मिशनों और निम्न और उच्च पृथ्वी कक्षा में अंतरिक्ष सैर की एक श्रृंखला की आवश्यकता होगी।"

उन्होंने आगे कहा, सुरक्षा संबंधी चिंताएं भी हैं। "भले ही हम ऐसी चीज़ के निर्माण से जुड़ी महत्वपूर्ण तकनीकी कठिनाइयों को हल कर सकें, फिर भी जो छवि उभरती है वह एक विशाल चीज़ की डरावनी तस्वीर है जिसके ऊपर अंतरिक्ष के कबाड़ और मलबे से बने छेद हैं।"

पिछले 12 वर्षों में, तीन विस्तृत विस्तृत डिज़ाइन प्रस्तुत किए गए हैं। पहला, ब्रैड एडवर्ड्स और एरिक वेस्टलिंग द्वारा 2003 की पुस्तक स्पेस एलेवेटर में प्रकाशित किया गया था, जिसमें 150 डॉलर प्रति किलोग्राम की लागत और 6 बिलियन डॉलर की कुल निर्माण लागत पर पृथ्वी-आधारित लेजर द्वारा संचालित 20-टन पेलोड ले जाने की कल्पना की गई थी।

इस अवधारणा को आधार बनाते हुए, 2013 इंटरनेशनल एस्ट्रोनॉट एसोसिएशन के डिजाइन ने पहले ही 40 किलोमीटर तक केबिन को मौसमीकृत कर दिया और फिर इसे सौर पैनलों से सुसज्जित किया। इस योजना के तहत परिवहन की लागत $500 प्रति किलोग्राम है, और पूरी संरचना के निर्माण की लागत पहली परियोजना के लिए $13 बिलियन है (तब यह हमेशा सस्ता होता है)।

इन प्रस्तावों में पृथ्वी की कक्षा में कैद क्षुद्रग्रह के रूप में एक प्रतिकार शामिल है। IAA रिपोर्ट बताती है कि यह आइटम एक दिन संभव हो सकता है, लेकिन निकट भविष्य में नहीं।

तैरता हुआ लंगर

इसके बजाय, 1,900 टन का हिस्सा जो 6,300 टन के तार को सहारा देगा, उसे अंतरिक्ष यान और वाहनों से इकट्ठा किया जा सकता है जो तार को अंतरिक्ष में ले जाते हैं। इसे कैप्चर किए गए उपग्रहों द्वारा भी पूरक किया जाएगा जो काम करना बंद कर चुके हैं और अंतरिक्ष मलबे के रूप में कक्षा में लटके हुए हैं।

उन्होंने पृथ्वी पर लंगर की कल्पना भूमध्य रेखा के पास एक बड़े टैंकर या विमान वाहक के आकार के एक तैरते मंच के रूप में करने का भी सुझाव दिया, क्योंकि इससे इसकी वहन क्षमता में वृद्धि होगी। पसंदीदा स्थान गैलापागोस द्वीप समूह से 1,000 किलोमीटर पश्चिम में एक बिंदु है: तूफान, टाइफून और बवंडर को वहां दुर्लभ माना जाता है।

जापान की पांच प्रमुख निर्माण कंपनियों में से एक, ओबायाशी कॉर्प ने पिछले साल हाई-स्पीड रेल पर उपयोग किए जाने वाले मैग्लेव इंजन द्वारा संचालित रोबोटिक वाहनों को ले जाने वाले और भी अधिक मजबूत अंतरिक्ष लिफ्ट की योजना का अनावरण किया था। वे आवश्यक केबल शक्ति के साथ लोगों को परिवहन कर सकते थे। इस डिज़ाइन की लागत अनुमानित $100 बिलियन होगी, लेकिन परिवहन की लागत $50-$100 प्रति किलोग्राम होगी।

हालांकि निश्चित रूप से कई बाधाएं हैं, एक घटक जिसके बिना अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण आज असंभव होगा, वह केबल ही है, स्वान कहते हैं।

वह कहते हैं, ''केबल बनाने के लिए सामग्री ढूंढना एक बड़ी तकनीकी समस्या है।'' - बाकी सब बकवास है। हम यह सब पहले से ही कर सकते हैं।”

हीरे के तार

प्रमुख दावेदार कार्बन नैनोट्यूब से बना एक केबल है जिसे प्रयोगशाला में 63 गीगापास्कल की तन्य शक्ति के साथ बनाया गया है - जो कि सर्वोत्तम स्टील से 13 गुना अधिक मजबूत है।

1991 में उनकी खोज के बाद से कार्बन नैनोट्यूब की अधिकतम लंबाई लगातार बढ़ रही है। 2013 में, चीनी वैज्ञानिक पहले ही लंबाई में आधा मीटर तक पहुंच गए थे। IAA रिपोर्ट के लेखकों का अनुमान है कि कार्बन नैनोट्यूब से बने केबल की लंबाई 2022 तक एक किलोमीटर और 2030 तक - एक अंतरिक्ष लिफ्ट के उत्पादन के लिए आवश्यक होगी।

इस बीच, सितंबर में स्पेस टेदर के लिए एक नए दावेदार का अनावरण किया गया। पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी में रसायन विज्ञान के प्रोफेसर जॉन बडिंग के नेतृत्व में एक टीम ने नेचर में एक पेपर प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने कहा कि उन्होंने अल्ट्रा-थिन डायमंड नैनोफाइबर बनाए हैं जो कार्बन नैनोट्यूब की तुलना में अधिक मजबूत और कठोर हो सकते हैं।

टीम ने वायुमंडलीय दबाव के 200,000 वायुमंडल पर बेंजीन को संपीड़ित करके शुरुआत की। जब दबाव धीरे-धीरे कम हुआ, तो परमाणु टेट्राहेड्रोन की तरह एक नई, उच्च क्रम वाली संरचना में पुनः एकत्रित हो गए।

ये आकृतियाँ आपस में जुड़कर अत्यंत पतले नैनोफाइबर बनाती हैं जो संरचना में हीरे के समान ही हैं। हालाँकि उनके आकार के कारण उनकी ताकत को सीधे मापना अभी तक संभव नहीं है, सैद्धांतिक गणना से पता चला है कि फाइबर आज उपलब्ध सबसे मजबूत सिंथेटिक सामग्रियों की तुलना में अधिक मजबूत और कठोर हो सकते हैं।

जोखिम में कटौती

बडिंग कहते हैं, "अगर हम हीरे के नैनोफाइबर या कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित और उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री बनाना सीख सकें, तो विज्ञान सुझाव देता है कि हम तुरंत एक अंतरिक्ष लिफ्ट का निर्माण शुरू कर सकते हैं।"

लेकिन भले ही इनमें से एक सामग्री काफी मजबूत हो, अंतरिक्ष लिफ्ट के व्यक्तिगत तत्वों की असेंबली और स्थापना एक बहुत ही समस्याग्रस्त उपक्रम बनी हुई है। अन्य सिरदर्दों में सुरक्षा, धन उगाहना, प्रतिस्पर्धी हितों को संतुष्ट करना आदि शामिल होंगे। कम से कम स्वान को इसकी चिंता नहीं है।

वे कहते हैं, "निश्चित रूप से गंभीर समस्याएं होंगी, ठीक वैसे ही जैसे उन लोगों ने बनाईं जिन्होंने पहला अंतरमहाद्वीपीय रेलमार्ग और पनामा और स्वेज़ नहरें बनाईं।" "इसमें बहुत समय और पैसा लगेगा, लेकिन सभी महान उद्यमों की तरह, आपको बाधाओं को केवल एक बार ही दूर करना होगा।"

यहां तक ​​कि मस्क भी इस विचार को बदनाम नहीं कर सकते। उन्होंने कहा, "स्पष्ट रूप से यह ऐसी चीज़ नहीं है जिसके बारे में हम अभी बात कर सकते हैं।" "लेकिन अगर कोई मुझे अन्यथा समझा सके, तो यह बहुत अच्छा होगा।"

और कुछ वैज्ञानिक निम्नलिखित पाँच कारण बताते हैं कि ऐसा एलिवेटर कभी क्यों नहीं बनाया जाएगा:

1. केबल के लिए पर्याप्त मजबूत सामग्री नहीं है

केबल पर भार 100,000 किग्रा/मीटर से अधिक हो सकता है, इसलिए इसके निर्माण के लिए सामग्री में खिंचाव का विरोध करने के लिए अत्यधिक उच्च शक्ति होनी चाहिए, और साथ ही बहुत कम घनत्व होना चाहिए। हालाँकि ऐसी कोई सामग्री नहीं है, यहाँ तक कि कार्बन नैनोट्यूब भी, जिन्हें अब ग्रह पर सबसे मजबूत और सबसे लोचदार सामग्री माना जाता है, उपयुक्त नहीं हैं।

दुर्भाग्य से, इनके उत्पादन की तकनीक अभी विकसित होनी ही शुरू हुई है। अब तक, सामग्री के छोटे टुकड़े प्राप्त करना संभव हो गया है: जो सबसे लंबा नैनोट्यूब बनाया गया है उसकी लंबाई कुछ सेंटीमीटर और चौड़ाई कई नैनोमीटर है। क्या इससे कभी पर्याप्त लंबी केबल बनाना संभव होगा या नहीं यह अभी भी अज्ञात है।

2. खतरनाक कंपन के प्रति संवेदनशीलता

केबल सौर हवा के अप्रत्याशित झोंकों के प्रति संवेदनशील होगी - इसके प्रभाव में यह झुक जाएगी, और इससे लिफ्ट की स्थिरता पर नकारात्मक प्रभाव पड़ेगा। माइक्रोमोटर्स को केबल से स्टेबलाइजर्स के रूप में जोड़ा जा सकता है, लेकिन यह उपाय संरचना के रखरखाव के संदर्भ में अतिरिक्त कठिनाइयां पैदा करेगा। इसके अलावा, इससे विशेष केबिनों, तथाकथित "पर्वतारोहियों" के लिए केबल के साथ चलना मुश्किल हो जाएगा। केबल संभवतः उनके साथ प्रतिध्वनित होगी।

3. कोरिओलिस बल

केबल और "क्लाइम्बर्स" पृथ्वी की सतह के सापेक्ष गतिहीन हैं। लेकिन पृथ्वी के केंद्र के संबंध में, वस्तु सतह पर 1,700 किमी/घंटा और कक्षा में 10,000 किमी/घंटा की गति से चलेगी। तदनुसार, लॉन्च करते समय "पर्वतारोहियों" को यह गति दी जानी चाहिए। "पर्वतारोही" केबल के लंबवत दिशा में गति करता है, और इसके कारण, केबल एक पेंडुलम की तरह झूलेगी। उसी समय, एक बल उत्पन्न होता है जो हमारी केबल को पृथ्वी से दूर करने का प्रयास करता है। बल केबल विक्षेपण की मात्रा के व्युत्क्रमानुपाती होता है और भार उठाने की गति और उसके द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होता है। इस प्रकार, कोरिओलिस बल भार को भूस्थैतिक कक्षा में तेजी से उठाने से रोकता है।
आप एक ही समय में दो "पर्वतारोहियों" को लॉन्च करके कोरिओलिस बल का मुकाबला कर सकते हैं - पृथ्वी से और कक्षा से, लेकिन फिर दो भारों के बीच का बल केबल को और भी अधिक खींच देगा। एक अन्य विकल्प कैटरपिलर ट्रैक पर दर्दनाक रूप से धीमी चढ़ाई है।

4. उपग्रह और अंतरिक्ष मलबा

पिछले 50 वर्षों में, मानवता ने कई वस्तुएं अंतरिक्ष में प्रक्षेपित की हैं - उपयोगी भी और इतनी उपयोगी भी नहीं। या तो लिफ्ट बनाने वालों को यह सब ढूंढना और हटाना होगा (जो उपयोगी उपग्रहों या कक्षीय दूरबीनों की संख्या को देखते हुए असंभव है), या एक ऐसी प्रणाली प्रदान करनी होगी जो वस्तु को टकराव से बचाए। केबल सैद्धांतिक रूप से गतिहीन है, इसलिए पृथ्वी के चारों ओर घूमने वाला कोई भी पिंड देर-सबेर इससे टकराएगा। इसके अलावा, टकराव की गति इस शरीर की घूर्णन गति के लगभग बराबर होगी, जिससे केबल को बहुत नुकसान होगा। केबल को घुमाया नहीं जा सकता है, और यह लंबा है, इसलिए टकराव अक्सर होंगे।
इससे कैसे निपटा जाए यह अभी तक स्पष्ट नहीं है। वैज्ञानिक कचरा जलाने के लिए ऑर्बिटल स्पेस लेजर बनाने की बात कर रहे हैं, लेकिन यह पूरी तरह से विज्ञान कथा के दायरे से बाहर है।

5. सामाजिक और पर्यावरणीय जोखिम

अंतरिक्ष लिफ्ट आतंकवादी हमले का निशाना बन सकती है। एक सफल विध्वंस कार्रवाई से भारी क्षति होगी और यहां तक ​​कि पूरी परियोजना भी नष्ट हो सकती है, इसलिए लिफ्ट के साथ-साथ, आपको इसके चारों ओर चौबीसों घंटे सुरक्षा का निर्माण करना होगा।

पर्यावरणविदों का मानना ​​है कि केबल, विरोधाभासी रूप से, पृथ्वी की धुरी को स्थानांतरित कर सकती है। केबल को कक्षा में कठोरता से स्थिर किया जाएगा, और शीर्ष पर इसकी कोई भी हलचल पृथ्वी पर प्रतिबिंबित होगी। वैसे, क्या आप सोच सकते हैं कि अगर यह अचानक टूट जाए तो क्या होगा?

इस प्रकार, पृथ्वी पर ऐसी परियोजना को लागू करना बहुत कठिन है। अब अच्छी खबर: यह चंद्रमा पर काम करेगा। उपग्रह पर गुरुत्वाकर्षण बल बहुत कम है, और वस्तुतः कोई वायुमंडल नहीं है। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक लंगर बनाया जा सकता है, और चंद्रमा से एक केबल लैग्रेंज बिंदु से होकर गुजरेगी - इस प्रकार, हमें ग्रह और उसके प्राकृतिक उपग्रह के बीच एक संचार चैनल मिलता है। अनुकूल परिस्थितियों में, ऐसी केबल प्रति दिन लगभग 1000 टन कार्गो को पृथ्वी की कक्षा में ले जाने में सक्षम होगी। बेशक, सामग्री को अत्यधिक मजबूत होने की आवश्यकता होगी, लेकिन आपको मौलिक रूप से कुछ भी नया आविष्कार नहीं करना पड़ेगा। सच है, गोमनोव प्रक्षेपवक्र नामक प्रभाव के कारण "चंद्र" लिफ्ट की लंबाई लगभग 190,000 किमी होगी।

सूत्रों का कहना है

भौतिकविदों और विज्ञान कथा लेखकों की मदद से, अंतरिक्ष लिफ्ट का विचार अंतरिक्ष विज्ञान के प्रति उत्साही लोगों के मन में मजबूती से बैठ गया है। लोगों और कार्गो को सीधे कक्षा में ले जाने वाले विशाल बुनियादी ढांचे के बिना कुछ कल्पनीय भविष्य मौजूद हैं। लेकिन क्या वास्तविक भविष्य में अंतरिक्ष लिफ्ट बनाई जाएगी? यह जितना दुखद है, इसे लेकर गंभीर संदेह भी हैं।

100 ग्राम से कम वजन वाले सूक्ष्म, नैनो और यहां तक ​​कि फेमटोसैटेलाइट विकसित करने का आधुनिक फैशन न केवल इलेक्ट्रॉनिक्स के लघुकरण से जुड़ा है, बल्कि विशुद्ध रूप से आर्थिक कारणों से भी जुड़ा है। इस तथ्य के बावजूद कि अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के विकास के दशकों में, कम-पृथ्वी की कक्षा में कार्गो लॉन्च करने की लागत परिमाण के क्रम से गिर गई है, अंतरिक्ष मिशन की लागत का एक महत्वपूर्ण हिस्सा अभी भी साइट पर उनकी डिलीवरी है। यह कारक संपूर्ण अंतरिक्ष कार्यक्रम को गंभीर रूप से धीमा कर देता है, इसे केवल वित्तीय रूप से सुरक्षित संगठनों के डोमेन में बदल देता है और डेवलपर्स और शोधकर्ताओं के लिए रास्ता बंद कर देता है।

प्रत्येक रॉकेट और प्रत्येक ऊपरी चरण एक संपूर्ण उत्पाद है जिसके उत्पादन में महीनों या वर्षों की आवश्यकता होती है - और, इसके अलावा, यह डिस्पोजेबल है: अधिकतम दस मिनट तक काम करने के बाद, वे मर जाते हैं। यह अकारण नहीं है कि अमेरिकी निगम स्पेसएक्स और रूसी इंजीनियर दोनों कम से कम पुन: प्रयोज्य प्रथम चरण - लॉन्च सिस्टम के सबसे शक्तिशाली और महंगे घटक - बनाने के विकल्प तलाशने में कड़ी मेहनत कर रहे हैं। ऐसी परियोजना राज्य अनुसंधान और उत्पादन अंतरिक्ष केंद्र के नाम पर विकसित की गई थी। ख्रुनिचेव का "बाइकाल-अंगारा" या स्पेसएक्स ग्रासहॉपर प्रोजेक्ट फाल्कन परिवार के रॉकेटों के लिए "पैरों" पर उतरने का पहला चरण है।

लेकिन ये सभी केवल आधे-अधूरे उपाय हैं: अंतरिक्ष उड़ानों की लागत को परिमाण के क्रम से कम करना आवश्यक है, और इसके लिए पुराने को संशोधित नहीं करना, बल्कि उन पर काम करना अधिक उपयुक्त है। और उनकी पंक्ति में पहला, निश्चित रूप से, एक अंतरिक्ष लिफ्ट होगा, एक विचार जितना आशाजनक है उतना ही सरल भी।

परेशानी मुक्त अंतरिक्ष लिफ्ट अवधारणा

एक साधारण रस्सी लें और उसे तेजी से अपने चारों ओर घुमाएं - संक्षेप में अंतरिक्ष लिफ्ट की यही पूरी अवधारणा है। पृथ्वी से जुड़ी एक पर्याप्त लंबी और मजबूत केबल, कम-पृथ्वी की कक्षा में जाने पर, केन्द्रापसारक बल के कारण लंबवत रूप से लटक जाएगी। जो कुछ बचा है वह उस पर एक लिफ्टिंग प्लेटफॉर्म स्थापित करना है - और आप अंतरिक्ष में जा सकते हैं। दुर्भाग्य से, वास्तव में, एक सरल विचार का कार्यान्वयन इतना सरल नहीं है।

शायद सबसे प्रसिद्ध और सक्रिय रूप से विकसित होने वाली अंतरिक्ष लिफ्ट परियोजना अमेरिकी द्वारा कार्यान्वित की जा रही है स्टार्टअप लिफ्टपोर्ट. पहले से ही इसके नाम से यह स्पष्ट है कि डेवलपर्स का मुख्य लक्ष्य सिर्फ एक "अंतरिक्ष" लिफ्ट नहीं है, बल्कि एक "चंद्र" लिफ्ट है, जो पृथ्वी-चंद्रमा रेखा के साथ निर्बाध संचार स्थापित करना संभव बनाता है।

कंपनी के विशेषज्ञों की गणना के अनुसार, अंतरिक्ष लिफ्ट के मुख्य बुनियादी ढांचे को एक फ्लोटिंग ऑफशोर प्लेटफॉर्म से जोड़ा जाना चाहिए, जो सिस्टम को आवश्यक गतिशीलता प्रदान करेगा। इससे उठने वाली केबल लगभग 100 हजार किमी की ऊंचाई तक पहुंचेगी। आप एक छोटी केबल के साथ "केवल" लगभग 35.5 हजार किमी की ऊंचाई तक पहुंच सकते हैं - मुख्य बात यह है कि यह भूस्थैतिक कक्षा तक पहुंचती है, जो इसे ऊर्ध्वाधर स्थिति में रहने की अनुमति देगी।

यहां तक ​​कि सबसे मजबूत स्टील भी इस तरह के भार का सामना नहीं कर सकता है, और अंतरिक्ष लिफ्ट केबल को अपने वजन के नीचे टूटने से रोकने के लिए, इसे कार्बन नैनोट्यूब से बनाने का प्रस्ताव है, जो उनके कम वजन और अद्भुत ताकत से प्रतिष्ठित हैं। हालाँकि, कुछ सेंटीमीटर लंबे नैनोट्यूब का उत्पादन भी एक अनसुलझी तकनीकी समस्या बनी हुई है। हम किलोमीटर के बारे में क्या कह सकते हैं?

और यदि समस्या हल भी हो जाए, तो ग्राफीन मदद नहीं कर सकता है।

प्रस्तावित अंतरिक्ष लिफ्ट डिजाइन

आधार।जंगम आपको उन प्राकृतिक आपदाओं से बचने की अनुमति देगा जो केबल समर्थन को खतरे में डालती हैं। लिफ्ट को सस्ती ऊर्जा प्रदान करने की दृष्टि से स्टेशनरी अधिक सुविधाजनक है।

केबल.कम से कम अपने स्वयं के वजन, संबंधित बुनियादी ढांचे और केन्द्रापसारक बल के वजन का समर्थन करने में सक्षम होना चाहिए। गणना के अनुसार, इसकी मोटाई ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़नी चाहिए, एक स्थिर स्तर तक पहुंचनी चाहिए।

प्रतिकार।यह एक बड़े पैमाने का "टर्मिनल स्टेशन" या किसी केबल से बंधा क्षुद्रग्रह हो सकता है। लेकिन अगर तार भूस्थैतिक कक्षा से आगे चला जाता है, तो इसे अपने वजन के नीचे रखा जाएगा, और अंत से लंबी दूरी की अंतरिक्ष जांच को उड़ान में लॉन्च करना संभव होगा।

समस्या एक - अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए सामग्री

वास्तव में, कार्बन नैनोट्यूब आज संभवतः मानव जाति के लिए ज्ञात सभी सामग्रियों में से सबसे अधिक यांत्रिक रूप से मजबूत सामग्री हैं। एक-आयामी, कुंडलित क्रिस्टल जाली में कार्बन परमाणुओं के बीच अनगिनत sp2 बांड की ताकत अविश्वसनीय रूप से मजबूत है। लेकिन यह पर्याप्त नहीं है: प्रसिद्ध विशेषज्ञ और भविष्यविज्ञानी हॉवर्ड कीथ हेंसन के अनुसार, यहां तक ​​​​कि सबसे आशावादी गणना में भी, ऐसी केबल की ताकत आवश्यक मूल्य का केवल दो-तिहाई होगी।

हेंसन का मानना ​​है कि नैनोट्यूब के साथ कठिनाई प्रौद्योगिकी में नहीं, बल्कि उनकी संरचना में है। यह सीखना आवश्यक है कि न केवल लंबे नैनोट्यूब, बल्कि आदर्श नैनोट्यूब भी कैसे बनाए जाएं, जिनकी "शुद्धता" कीमती पत्थरों से भी बदतर न हो। अन्यथा, ग्राफीन में छह कार्बन परमाणुओं को जोड़ने वाले एसपी2 बांड अपना स्थिर विन्यास खो देंगे और, दोष के स्थानों में, 5 या 7 परमाणुओं को कवर करना शुरू कर देंगे, जिससे ताकत तेजी से कम हो जाएगी।

इंजीनियर ने इसकी तुलना महिलाओं के स्टॉकिंग्स पर लगे हुक से की: एक भी उल्लंघन से पूरी संरचना "रेंगने" का कारण बन सकती है। और अगर सेंटीमीटर आकार के बड़े, दोष-मुक्त क्रिस्टल का उत्पादन अभी भी एक अनसुलझी समस्या बनी हुई है, तो क्या इसे बहु-किलोमीटर नैनोट्यूब के संबंध में हल किया जाएगा? यदि ऐसा होता है, तो यह निकट भविष्य में नहीं होगा, कीथ हेंसन कहते हैं। एक स्पेस एलिवेटर केबल को 100 एमएन/(किग्रा/मीटर) तक का सामना करना होगा, और यदि कार्बन नैनोट्यूब उस स्तर तक पहुंच भी जाते हैं, तो उनमें एक भी दोष नहीं होना चाहिए, अन्यथा केबल अंतरिक्ष में ले जाने की कोशिश करने से पहले ही टूट कर गिर जाएगी। .

कुछ अनुमानों के अनुसार, स्पेस एलिवेटर केबल की ताकत 130 GPa से अधिक होनी चाहिए। तुलना के लिए, केवलर 4 GPa के स्तर तक पहुँच जाता है, स्टील का सबसे मजबूत प्रकार - केवल 5 GPa। सैद्धांतिक रूप से, कार्बन नैनोट्यूब में आवश्यक ताकत (300 GPa तक) हो सकती है, लेकिन व्यवहार में केवल 50 GPa ही हासिल किया जा सका है (और एक प्रयोग में 99 GPa)। साथ ही, लंबे नैनोट्यूब बनाने की तकनीक - और उससे भी अधिक उनसे केबल बुनने की तकनीक - अपनी प्रारंभिक अवस्था में ही हैं।

यहां तक ​​कि अंतरिक्ष लिफ्ट के सबसे बड़े उत्साही लोगों में से एक, भौतिक विज्ञानी डेविड एपेल, जो इस विषय से संबंधित कई परियोजनाओं का नेतृत्व करते हैं, ने एक बार स्वीकार किया था: "क्या हम आश्वस्त हो सकते हैं कि एक दिन 100 हजार किमी मापने वाले नैनोट्यूब से एक संरचना बनाना संभव होगा?" ? दुर्भाग्य से, इस प्रश्न का उत्तर अभी तक कोई नहीं दे सका है।”

समस्या दो: झिझक

मान लीजिए कि हमने एक सफलता हासिल की और आवश्यक लंबाई के कार्बन नैनोट्यूब बनाए, एक दोष-मुक्त संरचना हासिल की, उन्हें एक एलेवेटर केबल में बुना और यहां तक ​​कि इसे आवश्यक ऊंचाई तक उठाया। आगे क्या होगा? और फिर - लाखों खतरनाक विवरणों के साथ नियमित जीवन। आख़िरकार, ऐसी संरचना अनिवार्य रूप से विभिन्न प्रकार के प्रभावों का अनुभव करेगी, जिनमें से कई संपूर्ण जटिल संरचना को नष्ट करने की धमकी देते हैं।

ऐसी गणना चेक खगोलशास्त्री लुबोस पेरेक द्वारा की गई थी, जिसमें दिखाया गया था कि कई कारकों का संयोजन - पृथ्वी और चंद्रमा से गुरुत्वाकर्षण बलों का खेल, सौर हवा के कणों का दबाव, आदि। - स्पेस एलिवेटर केबल पर अप्रत्याशित प्रभाव पड़ सकता है। पेरेक ने पाया कि इन ताकतों का खेल उसकी पूरी विशाल संरचना को हिला, कंपन और मोड़ सकता है।

एक समाधान यह हो सकता है कि केबल के महत्वपूर्ण हिस्सों पर विशेष मोटरें लगाई जाएं, जो एक बुद्धिमान कंप्यूटर सिस्टम द्वारा नियंत्रित होकर अप्रत्याशित पर्यावरणीय प्रभावों की भरपाई करेंगी। लेकिन "अवधारणा की शुद्धता" का पहले ही उल्लंघन हो चुका है, और इसके साथ ही अंतरिक्ष लिफ्ट के कई फायदे सवालों के घेरे में आ जाएंगे। इंजनों को ईंधन, नियमित रखरखाव, मरम्मत और यहां तक ​​कि प्रतिस्थापन की भी आवश्यकता होती है। वे न केवल केबल के साथ चलना मुश्किल बना देंगे, बल्कि जाहिर तौर पर लिफ्ट के संचालन की लागत में भी काफी वृद्धि करेंगे।

लेकिन यह सिर्फ एक छोटी सी बात है, क्योंकि, किसी भी खींची गई स्ट्रिंग की तरह, एक अंतरिक्ष लिफ्ट के केबल में आंतरिक कंपन की अपनी गुंजयमान आवृत्ति होगी। उस कहानी को याद करें जो सभी स्कूल भौतिकी शिक्षक परंपरागत रूप से प्रतिध्वनि के बारे में एक पाठ में बताते हैं - कैसे सैनिकों की एक टुकड़ी, एक पुल के पार मार्च करते हुए, गलती से इसकी गुंजयमान आवृत्ति पर "हिट" हो गई - और पूरे पुल को नष्ट कर दिया? यही चीज़ अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए ख़तरा है।

इस खतरे को दूर करने के लिए, केबल के कई खंडों में खतरनाक कंपन को कम करने वाली इकाइयाँ स्थापित करना आवश्यक होगा।

और यह फिर से डिजाइन, नई इंजीनियरिंग समस्याओं और वित्तीय लागतों की एक अतिरिक्त जटिलता है... और अगर सब कुछ यहीं तक सीमित होता: वास्तव में, केबल में बहुत अधिक समस्याएं होंगी।

केबल के आकार को कम करने के लिए, इसकी अत्यधिक मोटाई और वायुमंडल की निचली परतों के खतरों से छुटकारा पाने के लिए, लिफ्ट का आधार एक ऊंचे टॉवर पर रखा जा सकता है - 100 किमी तक। अगस्त 2015 में, कनाडाई कंपनी थॉथ टेक्नोलॉजी इंक। यहां तक ​​कि एक समान परियोजना का पेटेंट भी कराया

थॉथएक्स टॉवर, जिसे कनाडाई बनाने की योजना बना रहे हैं, को मध्यम ऊंचाई तक पहुंचना चाहिए - "केवल" 20 किमी - और इसके आधार और शीर्ष पर दबाव के अंतर से उत्पन्न होने वाली पवन ऊर्जा द्वारा संचालित किया जा सकता है। इंजीनियरों की गणना के अनुसार, इसका उपयोग रॉकेट के लिए लॉन्च पैड के रूप में भी किया जा सकता है, जिससे पारंपरिक अंतरिक्ष प्रक्षेपण की लागत में उल्लेखनीय कमी आ सकती है। टावर के साथ केवल एक ही समस्या है: परियोजना तकनीकी रूप से व्यवहार्य नहीं है।

समस्या तीन: अंतरिक्ष लिफ्ट यात्री

विशेष कठिनाइयाँ पैदा की जा सकती हैं... एक केबल के साथ भरी हुई अंतरिक्ष लिफ्ट की गति से। किसी भी चीज़ की तरह जो घूमती हुई पृथ्वी पर अपने घूर्णन अक्ष के कोण पर चलती है, भार कोरिओलिस बल से प्रभावित होगा। जैसे ही यह ऊपर उठेगा, लिफ्ट पृथ्वी के घूर्णन के विपरीत दिशा में विचलित हो जाएगी। इस प्रभाव की गणना भौतिकविदों द्वारा पहले ही की जा चुकी है।

इस कार्य को अंजाम देने वाले कनाडाई वैज्ञानिक अरुण मिश्रा के अनुसार, इस प्रभाव के कारण लिफ्ट उल्टे अस्थिर पेंडुलम की तरह घूमने लगेगी। परिणामस्वरूप, कक्षा में "गंतव्य" जहां लोग और माल पहुंचेंगे, वह बिल्कुल वहीं नहीं हो सकता जहां वे जा रहे थे। वाहनों को कक्षा में प्रक्षेपित करने के लिए यह पूरी तरह से अस्वीकार्य है।

इसके अलावा, केबल के साथ फैलने वाले कंपन से "केबिन" की असमान गति हो जाएगी, जो तरंगों द्वारा "चालित" होकर कुछ क्षेत्रों में धीमी हो जाएगी और दूसरों में तेज़ हो जाएगी। बेशक, इस प्रभाव की भरपाई के लिए कई तंत्र प्रस्तावित किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, बेहद धीमी और सावधान, नियंत्रित चढ़ाई मदद कर सकती है, जिसमें अरुण मिश्रा का अनुमान है कि इसमें कई सप्ताह लगेंगे।

एक अन्य विकल्प एक ही समय में कई केबिनों के आंदोलन को बेहद सटीक रूप से समन्वयित करना है, जो केबल पर एक-दूसरे के प्रभाव की पारस्परिक रूप से क्षतिपूर्ति करेगा। लेकिन इससे पूरे बुनियादी ढांचे की जटिलता और लागत फिर से बढ़ जाती है। ऐसा लगता है कि अंतरिक्ष लिफ्ट का विचार अब उतना आकर्षक नहीं लगता? लेकिन रुकिए: हमने अभी तक काम पूरा नहीं किया है।

समस्या चार: अंतरिक्ष मलबा

कुछ समय पहले, अंतरिक्ष मलबे के दूसरे टुकड़े से टकराव से बचने के लिए अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की कक्षा को एक बार फिर से समायोजित किया गया था। यह साइक्लोपियन एलिवेटर डिज़ाइन के साथ काम नहीं करेगा: इसे स्थानांतरित करना लगभग असंभव होगा। इस बीच, पृथ्वी की निचली कक्षा से गुजरते हुए और भूस्थैतिक कक्षा तक पहुंचते हुए, यह दर्जनों कार्यशील उपग्रहों, और पहले से ही विफल उपकरणों, रॉकेट चरणों और ऊपरी चरणों के हजारों टुकड़ों द्वारा "हमले के संपर्क में" आएगा। आइए उल्कापिंडों से मुठभेड़ के खतरे के बारे में न भूलें!

यह संभावना नहीं है कि इसे बिल्कुल भी टाला जाएगा, और किसी भी अंतरिक्ष लिफ्ट को शुरू में नियमित और खतरनाक टकरावों के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इसे कैसे प्राप्त किया जाए यह अभी भी स्पष्ट नहीं है: अंतरिक्ष मलबे के टुकड़े इतने बड़े नहीं हो सकते हैं, लेकिन वे जबरदस्त गति से चलते हैं, जिस पर, कवि के शब्दों में, "रेत का एक कण एक गोली की शक्ति प्राप्त कर लेता है।" हॉवर्ड कीथ हेंसन, जो पहले से ही हमसे परिचित हैं, ने गणना की कि ऐसे प्रभावों की ऊर्जा आसानी से उस स्तर तक पहुंच जाती है जिससे केबल के कई मीटर वाष्पित होने का खतरा होता है।

उन सभी अंतरिक्षयानों को सक्रिय परिहार प्रणालियों से सुसज्जित करना इतना कठिन नहीं है जिनकी कक्षाएँ एलिवेटर केबल के साथ प्रतिच्छेद करने की धमकी देती हैं। लेकिन पहले से संचालित उपग्रहों के बारे में क्या? अंतरिक्ष मलबे के बारे में क्या? उपलब्ध अनुमानों के अनुसार, कक्षा में इसकी मात्रा कई हज़ार टन तक है। और इससे पहले कि हम अपने सुपरलिफ्ट के लिए मेगाकेबल तैनात करना शुरू करें, जगह को साफ करना होगा।
सुरक्षा विकल्पों में से एक के रूप में, लिफ्ट के महत्वपूर्ण क्षेत्रों में शक्तिशाली लेजर सिस्टम स्थापित करने का प्रस्ताव है, जो "विमान-विरोधी रक्षा" के तरीके से काम करेगा और टकराव का खतरा पैदा करने वाले मलबे को नष्ट करेगा। लेकिन ये सही है! - इसका मतलब है एक नई जटिलता और हमारे अद्भुत प्रोजेक्ट की लागत में वृद्धि।

समस्याएँ पाँच और छह: अंतरिक्ष लिफ्ट की टूट-फूट और विकिरण

यदि अंतरिक्ष लिफ्ट की चार प्रमुख समस्याएं आपके लिए पर्याप्त नहीं थीं, तो आइए कुछ और का उल्लेख करें। वे इतने महत्वपूर्ण नहीं हैं, लेकिन उन पर भी ध्यान देने की आवश्यकता है - और समाधान अनिवार्य हैं।

घिसाव और क्षरण. वातावरण में कठोर कारकों और आक्रामक अंतरिक्ष वातावरण के प्रभाव में, लिफ्ट केबल और उसके हिस्से दोनों अनिवार्य रूप से खराब हो जाएंगे। सामग्रियों की बहाली, संपूर्ण संरचना की नियमित मरम्मत और उसके रखरखाव के लिए विकल्प प्रदान करना आवश्यक है।

विकिरण. अंतरिक्ष लिफ्ट का मार्ग न केवल वायुमंडल में, बल्कि उससे भी बहुत आगे तक चलेगा। यह पृथ्वी के विकिरण बेल्ट (पश्चिमी साहित्य में उन्हें वान एलन बेल्ट कहा जाता है) को भी नहीं चूकेगा - ऐसे क्षेत्र जहां ग्रह के मैग्नेटोस्फीयर द्वारा कैप्चर किए गए बड़ी संख्या में आवेशित और उच्च-ऊर्जा कण, मुख्य रूप से प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन बरकरार रहते हैं। आंतरिक विकिरण बेल्ट लगभग 4 हजार किमी की ऊंचाई पर स्थित है, बाहरी - 17 हजार किमी, और इन क्षेत्रों के माध्यम से लोगों की कोई भी यात्रा बहुत गंभीर खतरे से भरी है। इसलिए, अंतरिक्ष लिफ्ट यात्रियों के लिए विकिरण सुरक्षा उपाय प्रदान किए जाने चाहिए।

लेकिन वह सब नहीं है। यहां तक ​​​​कि अगर हम लिफ्ट केबिन में शक्तिशाली स्क्रीन स्थापित करते हैं जो उच्च-ऊर्जा कणों के प्रवाह को रोकते हैं, तो हमें तकनीकी नहीं बल्कि विभिन्न प्रकार की समस्याओं का सामना करना पड़ेगा।

समस्या सात: समाज

आइए मान लें कि अंतर्राष्ट्रीय सहयोग और मानवता के सर्वोत्तम दिमाग आवाज उठाई गई सभी कठिनाइयों का समाधान करेंगे और अंतरिक्ष लिफ्ट कठोर गुरुत्वाकर्षण को रौंदते हुए गर्व से पृथ्वी से ऊपर उठेगी। बेशक, यह विशाल संरचना पश्चिमी, विज्ञान-उन्मुख सभ्यता की प्रगति, सफलता और समृद्धि के प्रमुख प्रतीकों में से एक बन जाएगी। इसका मतलब यह है कि वह अपने सभी विरोधियों के लिए एक आकर्षक वस्तु बन जाएगी।

आतंकवादी हमलों के परिणामस्वरूप अंतरिक्ष लिफ्ट का विनाश एक ऐसी घटना हो सकती है, जो पैमाने और प्रभाव दोनों में, 11 सितंबर, 2001 को न्यूयॉर्क और उसके बाद हुई सभी घटनाओं पर ग्रहण लगा देगी। इस महानायक की मृत्यु आर्थिक और सबसे शाब्दिक अर्थों में एक गंभीर झटका होगी: कल्पना करें कि हजारों किलोमीटर लंबी एक केबल और उस पर लगे सभी तत्वों के साथ एक बहु-टन द्रव्यमान की अनियंत्रित गिरावट... यह है यह आश्चर्य की बात नहीं है कि लिफ्ट को जमीन और हवा से होने वाले सभी संभावित हमलों से पूरी तरह से संरक्षित किया जाना चाहिए।

वैसे, ये विचार महत्वपूर्ण कारणों में से एक बन गए हैं कि अंतरिक्ष लिफ्ट के जमीनी बुनियादी ढांचे को एक अपतटीय मंच पर बनाने का प्रस्ताव है, जो शौकिया आतंकवादियों से बचाव करना बहुत आसान है। लेकिन यहां भी हम अप्रत्याशित परिणामों की उम्मीद कर सकते हैं - इस बार पर्यावरण कार्यकर्ताओं की ओर से।

उनकी चिंता समझ में आती है: जैसा कि ग्रह के कई रक्षकों का कहना है, लिफ्ट केबल के साथ बड़े पैमाने पर कार्गो परिवहन पृथ्वी से मजबूती से बंधे अतिरिक्त द्रव्यमान की उपस्थिति से भरा हुआ है। प्राथमिक गणना से पता चलता है कि केबल की विशाल लंबाई के साथ, यह अपनी धुरी के चारों ओर ग्रह के घूमने की गति को भी प्रभावित कर सकता है, जिससे यह धीमा हो सकता है। ऐसे प्रभाव के परिणाम वास्तव में अप्रत्याशित हो सकते हैं। और भले ही हम पृथ्वी को कुछ नैनोसेकंड तक धीमा कर दें, हम "ग्रीन्स" से सबसे हिंसक विरोध की उम्मीद कर सकते हैं - उदाहरण के लिए, "आइए ग्रह की कोणीय गति को बचाएं!" जैसे नारों के तहत!

कोई समस्या नहीं: चंद्रमा पर

ऐसा लगता है कि अंतरिक्ष लिफ्ट की समस्याएं असंख्य हैं और व्यावहारिक रूप से अघुलनशील हैं। लेकिन क्या होगा अगर हम सचमुच परियोजना की अवधारणा को उल्टा कर दें?.. ऐसा प्रस्ताव कुछ समय पहले अमेरिकी इंजीनियर और अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी डेवलपर जेरोम पियर्सन ने दिया था। वह लिखते हैं, "पृथ्वी पर इस तरह की परियोजना का कोई मतलब नहीं है," वह लिखते हैं, "लेकिन चंद्रमा पूरी तरह से अलग मामला है।"

बेशक, गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, चंद्रमा अपनी धुरी के चारों ओर नहीं घूमता है, केवल एक तरफ से हमारी ओर मुड़ा रहता है। लेकिन जेरोम पियर्सन इसे एक प्लस के रूप में भी देखते हैं, एक उपग्रह की सतह पर शुरू होने वाले अंतरिक्ष लिफ्ट के केबल को केन्द्रापसारक बल के कारण नहीं, बल्कि पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के कारण "ठीक" करने का प्रस्ताव करते हैं। यह उचित द्रव्यमान के साथ इसके दूर के छोर को वजन करने के लिए पर्याप्त है: पियर्सन की गणना के अनुसार, लगभग 100 हजार टन वजन के साथ, इस तरह के डिजाइन से चंद्रमा पर सालाना तीन से चार गुना अधिक माल पहुंचाना संभव हो जाएगा।

ऐसा लगता है कि यह विचार अर्थहीन नहीं है। सैद्धांतिक रूप से, "चंद्र लिफ्ट" को अल्ट्रा-मजबूत सामग्रियों की भी आवश्यकता नहीं होती है, आतंकवादी हमलों से उल्लेखनीय - लगभग आदर्श - सुरक्षा का उल्लेख नहीं किया जाता है। इस विचार का समर्थन कीथ हेंसन ने भी किया है, जिन्होंने गणना की थी कि 1000 टन कार्गो उठाने के लिए, सिस्टम को एक मध्यम आकार के बिजली संयंत्र के संचालन की आवश्यकता होगी - केवल 15 मेगावाट - और साथ ही यह उन्हें वितरित करने में सक्षम होगा पृथ्वी की स्थानांतरण कक्षा तक 190 हजार किमी तक की दूरी।

यदि मानवता गंभीरता से चंद्र संसाधनों को विकसित करना शुरू कर दे, तो शायद यह परियोजना बहुत उपयोगी होगी। इस बीच, तकनीकी कारणों से पृथ्वी पर एक अंतरिक्ष लिफ्ट शायद ही संभव है, हमारे पास इतनी मात्रा में चंद्रमा से परिवहन करने के लिए कुछ भी नहीं है; ऐसा लगता है कि लिफ्ट में देरी हो रही है।

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