Windą do nieba

Jeszcze do niedawna pomysł skonstruowania windy kosmicznej można było traktować równie poważnie jak poszukiwanie Atlantydy.

– Kosmiczna winda zostanie skonstruowana dziesięć lat po tym, jak przestaną się śmiać z tego pomysłu – przepowiadał dekadę temu Arthur C. Clark, autor powieści z gatunku science fiction.

Inżynierowie już się nie śmieją. Poziom, jaki osiągnęła technika, zupełnie nowe materiały, jakimi dysponuje współczesna cywilizacja, sprawiają, że ten pomysł przestaje należeć do gatunku fantazji naukowej. Przekonanie takie wyrazili eksperci z International Academy of Astronautics, natomiast amerykańska agencja kosmiczna NASA oraz japońska JAXA przystąpiły do  prac studyjnych nad tym pomysłem.

Jednak lider w tej dziedzinie jest inny – japoński gigant budowlany, koncern Obayashi. Właśnie ogłosił, że w połowie stulecia, w roku 2050, na orbicie geostacjonarnej, na wysokości 36 tys. km, zbuduje stację kosmiczną, do której poprowadzi winda.

Wolniej, ale tanio

Podstawowym elementem windy będzie lina. Po niej będą się poruszały moduły –  „wagoniki" transportujące urządzenia, surowce, zaopatrzenie, żywność, czyli wszystko, czego wymaga eksploracja kosmosu, oraz ludzi. Jeden wagonik byłby w stanie zabierać naraz 30 osób.

Wagonik będzie się przemieszczał z prędkością około 200 km/godz. W ciągu doby pokona około 5 tys. km, podróż do stacji zajmie mu siedem dni. Według szacunków japońskich specjalistów koszt dostarczenia do stacji kilograma zaopatrzenia wyniesie równowartość 200 euro. Dla porównania, obecnie kilogram zaopatrzenia dowożonego do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej  kosztuje ok. 18 tys. euro.

Wagonik windy dojeżdżałby na wysokość 36 tys. km, ale  jego przeciwwaga (tak jak w obecnie używanych windach) sięgałaby 96 tys. km. Moduły towarowo-osobowe byłyby poruszane silnikiem liniowym zainstalowanym za Ziemi, podobnym do tych, jakie już teraz stosowane są w niektórych najnowocześniejszych składach kolejowych.

Do zrobienia liny nośnej dla kosmicznej windy nie zostanie użyta stal ani żaden inny metal, ponieważ nie ma metalu, który zapewniłby jej taką wytrzymałość, by nie zerwała się pod własnym ciężarem. Jednak tworzywo takie już istnieje – są to włókna z nanorurek węglowych. Stały się dostępne dopiero w ostatnich latach. Na podstawie symulacji komputerowych przeprowadzonych przez specjalistów z Obayashi, a wcześniej również przez ekspertów z NASA i JAXA, fizycy i inżynierowie doszli do wniosku, że nośnikiem kosmicznej windy nie może być lina w tradycyjnym rozumieniu, lecz taśma z włókna wykonanego z nanorurek węglowych. Symulacje komputerowe wskazują, że włókno takie to w tej chwili jedyny materiał pozwalający myśleć realistycznie o kosmicznej windzie.

Realizm techników

Odpowiedzialny za badania w koncernie Obayashi dr Yoji Ishikawa też jest realistą: – Na razie nie jesteśmy w stanie wyprodukować dostatecznie długiej liny. Nasze obecne możliwości mogą się wydawać skromne, stać nas bowiem na produkowanie nanorurek długości zaledwie trzech centymetrów. Ale na podstawie tego, co się dzieje w naszych laboratoriach, mogę zapewnić, że około 2030 roku ten problem zostanie rozwiązany.

Dr Yoji Ishikawa poinformował, że w pracy nad tym zagadnieniem laboratoria koncernu korzystają z pomocy wielu japońskich uniwersytetów. Cel, do którego dążą, jest jasno określony. Taśma, która utrzymałaby kosmiczną windę, powinna mieć szerokość metra i grubość kartki papieru. Symulacje mechaniki i statyki takiej taśmy wskazują, że powinna wytrzymać nacisk 630 ton na centymetr kwadratowy.

Projektanci windy będą musieli rozwiązać  problem wibracji taśmy pod wpływem wiatrów i ruchu obrotowego Ziemi, wzmacnianej ruchem modułów kursujących między orbitą a powierzchnią planety. Pod uwagę trzeba będzie wziąć także możliwość uszkodzenia taśmy przez meteory i kosmiczne śmieci.