Winda na orbitę

Na okołoziemską orbitę można dostać się windą. To nie żart. Naukowcy właśnie pokazali, że jest to możliwe. Windy w kosmos umożliwią rozwój turystyki pozaziemskiej.

W nauce pojawiają się czasami pomysły przełomowe. Z pozoru proste, w detalach skomplikowane. Ale to nie bariery technologiczne stanowią największy problem, by szalony pomysł został wdrożony. Najtrudniej jest przekroczyć bariery psychologiczne, zamknięty na niestandardowe pomysły umysł. No bo czy może działać winda, którą ludzie podróżowaliby na ziemską orbitę? Pierwsze wrażenie — niemożliwe. Drugie — skoro to takie proste, dlaczego nikt tego dotychczas nie wymyślił? Wymyślił. Ale dopiero teraz mamy technologie, które pozwalają szalony pomysł wprowadzić w życie.

Laser zamiast kabla

Winda na orbitę ma działać tak samo jak winda w bloku. No prawie. U dołu lina ma być zaczepiona o platformę (sztuczną wyspę), gdzieś na Oceanie Spokojnym, w okolicach równika. U góry — o przeciwwagę na ziemskiej orbicie geostacjonarnej, czyli 36 tys. kilometrów nad naszymi głowami. Umieszczony w tamtej okolicy przedmiot (np. satelita) będzie „wisiał” zawsze nad tym samym punktem powierzchni Ziemi.

Klatka windy w bloku jest „przywiązana” do liny na sztywno. Silniki elektryczne nawijają (lub odwijają) stalową linę na bęben i w ten sposób winda się porusza. Tutaj zasada musi być nieco inna. Silniki będą umieszczone przy klatce i będą poruszały mechanizmem „wspinającym”. Lina będzie nieruchoma, rozpięta między równikiem a orbitą geostacjonarną, a klatka będzie po niej wjeżdżała do góry (czy zjeżdżała w dół) dzięki poruszającemu ją napędowi.

Do rozwiązania pozostaje oczywiście kwestia zasilania poruszającej się klatki, no i liny, która — mimo tego że rozciągnięta na długość 36 tys. kilometrów — będzie na tyle mocna, że utrzyma nie tylko swój ciężar, ale także wspinającą się klatkę, która może ważyć kilkanaście, a może nawet kilkadziesiąt ton.

Zacznijmy więc od zasilania. Windy w wieżowcach poruszają się dzięki silnikom elektrycznym. To bardzo dobry pomysł. Nie da się go jednak przekopiować do windy kosmicznej. Tutaj silniki znajdują się przy klatce. By je zasilać, tak jak silniki ziemskich wind, trzeba by pociągnąć do nich przewody elektryczne. Przewody, które mają 36 tys. kilometrów długości? To wykluczone. Nie sposób także wyobrazić sobie, by winda w kosmos oprócz ładunku wiozła akumulatory ze zmagazynowaną w nich energią elektryczną. W życiu nie oderwałaby się od Ziemi. Inżynierowie musieli znaleźć sposób na dostarczenie silnikom windy kosmicznej energii. I znaleźli. Na platformie zakotwiczonej na równiku będzie działo laserowe. Jego promień będzie skierowany prosto w górę, dokładnie w kierunku klatki kosmicznej windy. Tam światło lasera będzie zamieniane na energię elektryczną (analogicznie do zamiany światła słonecznego w energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych), która będzie napędzała silniki poruszające windą. Na Ziemi laser byłby zasilany prądem elektrycznym.

Lina jak papier

Wystarczająco mocne lasery budujemy od lat. Z platformą (sztuczną wyspą) na równiku również byśmy sobie poradzili. To samo dotyczy satelitów. Największym problemem jest lina, po której winda będzie się wspinać. Po raz pierwszy o koncepcji kosmicznej windy rozmyślano pod koniec XIX wieku. Obliczenia inżynieryjne prowadził wtedy syn polskich zesłańców, Konstanty Ciołkowski. Swoje obliczenia zakończył konkluzją, że nie istnieje na Ziemi materiał tak wytrzymały, by utrzymać swój własny ciężar na tak dużej odległości. Nie mówiąc już o dodatkowych obciążeniach, takich jak chociażby sama klatka czy przewożony w niej ładunek. Pomysły oryginalne mają jednak to do siebie, że wracają jak bumerangi. Rozpalają wyobraźnię i nie pozwalają o sobie zapomnieć. Nad stworzeniem wytrzymałej liny w kosmos myślano przez ponad 100 lat. Dopiero pod sam koniec XX wieku pojawiła się szansa, że problem zostanie rozwiązany. W 1991 roku odkryto tzw. nanorurki węglowe. To mikroskopijne struktury zbudowane z czystego węgla w kształcie rurek o szerokości kilkunastu atomów. Mogą mieć praktycznie dowolną długość. Są lekkie (nie będzie problemu z dużym ciężarem samej liny), a równocześnie niezwykle wytrzymałe. I co nie mniej ważne — elastyczne.

Z teoretycznych wyliczeń wynika, że rzeczywiście lina w kosmos mogłaby być wykonana z węgla. Choć od razu warto dodać, że nie byłaby to lina taka, jaką znamy z „ziemskich” wind. To byłaby raczej taśma. Szacunki wskazują, że wystarczyłoby, gdyby miała szerokość jednego metra i grubość kartki papieru.

Pieniądze rozsądzą

To wszystko, co zostało powyżej napisane na temat kosmicznej windy, pozwala stwierdzić, że pomysł jest... zupełnie szalony i nie do zrealizowania. Laser, winda wspinająca się na odległość dziesiątek tysięcy kilometrów po taśmie, która na razie nawet nie istnieje. Kompletne wariactwo. A jednak nie. Projektem od lat 60. XX wieku bardzo interesuje się NASA. I choć to nie jest gwarancja, że winda kiedykolwiek zostanie wybudowana, jednego można być pewnym: Agencja na pewno skrupulatnie pomysł przeanalizuje.

Z zupełnie zgrubnych kalkulacji wynika, że cena wyniesienia na orbitę tony ładunku rakietą czy wahadłowcem jest do dwustu razy wyższa niż cena transportu kosmiczną windą. Ale nie tylko eksploatacja byłaby tania. Budowa kosmicznej windy, zdaniem specjalistów, to koszt rzędu 10 mld dolarów. To bardzo niewiele w porównaniu z budową rakiety i całej infrastruktury koniecznej do jej wystrzelenia. Windę po powrocie z orbity na Ziemię można by powtórnie użyć. Rakietę trzeba wybudować od nowa. Przygotowanie do ponownego startu wahadłowców także sporo kosztuje. I czasu, i pieniędzy. I to właśnie finanse rozstrzygną, czy projekt zacznie być realizowany, czy nie. Na razie wszystko wygląda na to, że NASA z pomysłu się nie wycofuje. Od kilku lat regularnie organizowane są międzynarodowe konferencje, na których specjaliści z różnych branż dyskutują tylko i wyłącznie na temat windy w kosmos. Ale na rozmowach się nie kończy. Kilka tygodni temu na pustyni Mojave w Kalifornii NASA zorganizowała pokaz technologii, które mogą być w przyszłości wykorzystane do budowy kosmicznej windy. Pokazano rozwiązania, które wygrały w organizowanych przez Agencję konkursach. Jednym z nich był Elevator Power Beaming Challenge. Tutaj chodziło o skonstruowanie robota, który zasilany energią wiązki laserowej będzie potrafił wspinać się po linie. Jeszcze nie na orbitę, ale na wysokość kilometra. Lina była podwieszona pod helikopter. Zwyciężył robot LaserMotive, który kilkakrotnie wspiął się na żądaną wysokość. Pokonanie kilometrowego odcinka zajęło mu 4 minuty.

I inżynierowie z NASA, i konstruktorzy testowanych urządzeń zgodnie twierdzą, że dzisiaj nie da się wybudować kosmicznej windy. Nie mamy odpowiednich materiałów. Dodają jednak, że nowe możliwości są testowane. Chociażby wspomniane nanorurki węglowe. To, że dzisiaj nie mamy odpowiednich materiałów, nie znaczy że powinniśmy czekać na dzień, w którym się pojawią, z założonymi rękami. Przeciwnie, powinniśmy się na to jak najlepiej przygotować.

opr. mg/mg