Ғарыштық лифт ғылыми фантастика ма,әлде болашақ шындығы ма?

Ильяс Жұмагүл Акниетқызы

Ғылыми жетекші:Бркенова Асемгуль Сексенбаевна, физика магистрі, математика, физика және информатика кафедрасының оқытушысы

Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті, Көкшетау қ.

zhumagul.ilyas@mail.ru

Аңдатпа:Бұл мақалада ғарыштық лифттің тұжырымдамасы, оның техникалық ерекшеліктері, құрылыс материалдары және болашақтағы маңыздылығы қарастырылады. Ғарыштық тасымалдаудың дәстүрлі әдістерімен салыстырғанда, лифттің артықшылықтары, оның экологиялық және экономикалық тиімділігі талқыланады. Сонымен қатар, кабель материалдары, энергиямен қамтамасыз ету, құрылыс орнының таңдалуы және қауіпсіздік мәселелері жан-жақты зерттеледі

Ғарышты игеру – адамзат өркениетінің ең үлкен мақсаттарының бірі. Алайда қазіргі зымыран технологиялары қымбат әрі экологиялық тұрғыдан тиімсіз. Ғарыштық лифт – осы мәселелерді шешуге арналған футуристік жоба. Бұл мақалада оның физикалық принциптері, технологиялық қиындықтары және болашағы қарастырылады.

Ғарыштық лифт дегеніміз не? Ғарыштық лифт – Жер бетінен геостационарлық орбитаға (≈35 786 км) дейін созылған кабель бойымен қозғалатын лифт жүйесі. Бұл жүйеде ауырлық күші мен орталықтан тепкіш күш теңестіріледі. Құрылымы:Жердегі бекіту станциясы мұхит үстінде немесе экватор маңында орналасуы мүмкін. Кабель – Жерден геостационарлық орбитаға дейін созылып, қарсы салмақпен бекітіледі. Қарсы салмақ жүйені тұрақтандырып, кабельдің керілуін қамтамасыз етеді. Лифт (көтергіш модуль) кабель бойымен жоғары және төмен қозғалатын көлік. Ғарыштық лифттің физикалық негіздеріне тоқталсақ,ғарыштық лифт жұмыс істеуі үшін оның кабелі екі күштің теңгерімін сақтауы керек. Гравитация (ауырлық күші) – кабельді Жерге қарай тартады. Егер кабельдің бір шеті геостационарлық орбитадан жоғары орналасса, онда ол Жерді айналғанда қажетті керілу күшін сақтай алады

1. Ғарыштық лифттің негізгі қиындықтары

1.1. Кабель материалы-ғарыштық лифт үшін өте берік және жеңіл материал қажет. Қазіргі инженерлік материалдар, мысалы, болат немесе кевлар, қажетті кернеуге төтеп бере алмайды. Қолайлы материалдар:

-Көміртекті нанотүтікшелер – өте берік және жеңіл, бірақ әлі өнеркәсіптік масштабта өндіру қиын

-Графен – наноқұрылымдық қасиеттері бар перспективті материал

-Базальт талшықтары – зерттелуде, бірақ беріктігі әлі жеткіліксіз

Энергиямен қамтамасыз ету

-Лифттің қозғалысын қамтамасыз ету үшін лазерлік қуат беру немесе күн энергиясы қолданылуы мүмкін

-Қазіргі технологиялар әлі толық жетілмеген [1].

Экономикалық тиімділігіне келер болсақ қазіргі уақытта 1 кг жүкті орбитаға шығарудың құны $2,000 – $10,000 аралығында .Ал ғарыштық лифт іске қосылса, бұл шығын $100 – $500 дейін төмендеуі мүмкін

1.2.Экологиялық әсері:Зымырандар атмосфераға көмірқышқыл газы мен улы қалдықтар шығарады,ал ғарыштық лифт жанармайсыз жұмыс істейді экологиялық таза балама,атмосфераны ластамайды көміртегі ізін азайтады және де қайта пайдалануға болады [2].

2. Ғарыштық лифттің болашағы

Бүгінде NASA, Obayashi Corporation (Жапония), European Space Agency (ESA) және International Space Elevator Consortium (ISEC) ғарыштық лифт жобасын зерттеумен айналысуда. Жапонияның Obayashi корпорациясы 2050 жылға қарай алғашқы ғарыштық лифтті салуды жоспарлап отыр. Сонымен қатар, NASA да бұл технологияны дамыту бойынша зерттеулер жүргізіп, көміртекті нанотүтікшелерді өндірісте қолдану мүмкіндігін қарастыруда.Алайда, бұл жоба әлі де көптеген технологиялық және қаржылық қиындықтарға тап болуда. Бүгінде қолжетімді материалдар жеткілікті деңгейде берік емес, ал қажетті инженерлік шешімдер толық дайындалмаған. Дегенмен, нанотехнологиялар мен жаңа материалдар саласындағы прогресс бұл жобаны болашақта шынайы ете алады.

Қолайлы аймақтары:

-Экватор маңындағы мұхиттық платформалар – Жердің айналу жылдамдығы жоғары

-Күн сәулесі тұрақты түсетін аймақтар – энергиямен үздіксіз қамтамасыз ету үшін.

-Сейсмикалық қауіпсіз аудандар – жер сілкіністері кабельге зиян келтірмеуі үшін [3].

2.1 Ғарыштық лифттің техникалық мәселелері және шешу жолдары:ғарыштық лифттің салынуы үшін бірнеше күрделі техникалық мәселелерді шешу қажет. Олардың ішінде ең маңыздысы – материал беріктігі, энергиямен қамтамасыз ету және қауіпсіздік. Кабель ғарышқа дейін созылатындықтан, ол өз салмағы мен ғарыштық факторларға төтеп беруі керек. Қазіргі инженерлік материалдар бұл талаптарға сәйкес келмейді, сондықтан жаңа нанотехнологиялар қажет. Көміртекті нанотүтікшелер – болаттан 100 есе мықты, өте жеңіл материал, ал Графен – екі өлшемді көміртек қабаты, жоғары беріктікке ие [4].

2.2. Лифт жүйесін энергиямен қамтамасыз ету

Лифт кабель бойымен қозғалу үшін қуат көзі қажет. Дәстүрлі жанармай қолдану мүмкін емес, себебі ол ауыр және ғарышта жанбайды. Лазерлік қуат беру – Жерден қуатты лазер арқылы жіберіп, қабылдағыш панельдер арқылы жинау. Күн панельдері – күн сәулесін пайдаланып, тұрақты энергиямен жабдықтау. Суперконденсаторлар – үлкен қуатты сақтайтын және босататын жаңа технология. Шешу жолы:

-Лазерлік қуат беру жүйелерін дамыту.

-Лифтіге энергия жинақтайтын аккумулятор орнату [5].

3. Қауіпсіздік және төзімділік мәселелері

Ғарыштық лифт ұзақ уақыт жұмыс істеуі үшін оның қауіпсіздігіне ерекше назар аудару керек. Метеориттер және ғарыш қоқыстары – кабельге зақым келтіруі мүмкін,сонымен қатар ауа райы құбылыстары дауылдар мен найзағай кабельге әсер етуі мүмкін

Шешу жолы:

-Кабельді өздігінен қалпына келтіретін материалдардан жасау.

-Қауіпті аймақтарда кабельді автоматты түрде орнын ауыстыратын етіп жобалау.

-Қауіпсіздік жүйелерін орнату (мысалы, лазерлік қорғау).

Ғарыштық лифт тек техникалық жетістік емес, сонымен қатар адамзаттың өркениеттік дамуының жаңа кезеңі болуы мүмкін. Ғарыш туризмін дамыту – Ай мен Марсқа ұшуды арзандатады. Жердегі экологиялық мәселелерді шешу – өнеркәсіптік өндірістерді орбитаға шығаруға мүмкіндік береді. Қорытындылай келе ғарыштық лифт инженерия мен ғылымдағы ең ауқымды жобалардың бірі. Ол іске қосылған жағдайда, ғаламдық көлік, экология, экономика және ғылым салаларында революциялық өзгерістер әкелуі мүмкін. Сонымен қатар ғарыштық лифт – қиял-ғажайып көрінгенімен, физика заңдарына қайшы келмейтін, болашақта жүзеге асуы мүмкін технология. Егер адамзат жаңа берік материалдар жасап, инженерлік қиындықтарды шешсе, онда ғарышты игеру мүлде жаңа деңгейге көтеріледі. Ғарыштық лифт – фантастика емес, болашақтың технологиясы.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

1.NASA Space Elevator Study

2.Edwards, B.C., & Westling, E.A. (2003)

3.Obayashi Corporation – Space Elevator Project

4.Bradley C. Edwards (2000)

5.European Space Agency (ESA) – Advanced Space Transportation Concepts