آسانسور فضایی چیست؟ سفری به آسمان با کابل‌های گرافینی

آسانسور فضایی چیست؟ این ایده‌ای بلندپروازانه است که هدف آن ایجاد یک سیستم حمل و نقل دائمی بین زمین و فضا با استفاده از کابل‌های عظیم و محکم است. این ایده برای اولین بار توسط کنستانتین سیولکوفسکی، دانشمند روسی، در اواخر قرن نوزدهم مطرح شد و از آن زمان تاکنون مورد مطالعه و بررسی بسیاری از دانشمندان و مهندسان قرار گرفته است. این مقاله درباره طرح بالابر فضایی، مزایا و معایب و نیز هزینه ساخت آسانسور فضایی صحبت خواهیم کرد.

انواع آسانسور فضایی چیست؟

انواع اصلی و بنیادین بالابر فضایی عبارتند از:

• آسانسور فضایی مبتنی بر کابل: این نوع آسانسور، متداول‌ترین نوع آسانسور فضایی است و از کابل‌های محکم برای اتصال سازه به زمین و فضا استفاده می‌کند.
• آسانسور فضایی بدون کابل: این نوع آسانسور، از روش‌های دیگری مانند لیزر یا امواج مایکروویو برای انتقال انرژی و مواد به فضا استفاده می‌کند.

آن چیزی که به عنوان طرح آسانسور فضایی مورد توجه قرار گرفته، آسانسور فضایی کابلی است.

عملکرد آسانسور فضایی چیست؟

یک بالابر فضایی از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• پایه: این بخش از آسانسور بر روی زمین ساخته می‌شود و می‌تواند ارتفاعی تا 120 کیلومتر داشته باشد. پایه آسانسور فضایی به عنوان لنگر عمل می‌کند و از حرکت افقی آن جلوگیری می‌کند.
• کابل: این بخش از آسانسور از جنس‌های بسیار محکم مانند گرافین ساخته می‌شود و از پایه تا ایستگاه فضایی امتداد می‌یابد. کابل آسانسور فضایی باید به اندازه کافی محکم باشد تا وزن خود، وزن محموله و وزن کابین را تحمل کند.
• کابین: کابین آسانسور فضایی محل حمل و نقل افراد و محموله‌ها بین زمین و فضا است. کابین با استفاده از موتورهای الکتریکی یا سایر سیستم‌های پیشرانه به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند.

مزایای بالابر فضایی

مزایای استفاده از آسانسور فضایی چیست؟ استفاده از یک بالابر فضایی، به صورت اسمی دارای مزایایی است.

• کاهش هزینه: آسانسور فضایی می‌تواند هزینه سفر به فضا را به طور قابل توجهی کاهش دهد. در حال حاضر، پرتاب موشک به فضا بسیار پرهزینه است و هر کیلوگرم بار می‌تواند تا 20 هزار دلار هزینه داشته باشد. آسانسور فضایی می‌تواند این هزینه را به چند صد دلار در هر کیلوگرم کاهش دهد.
• دسترسی آسان: آسانسور فضایی سفر به فضا را برای همه افراد آسان‌تر می‌کند. در حال حاضر، سفر به فضا فقط برای فضانوردان و دانشمندان امکان‌پذیر است. آسانسور فضایی می‌تواند این امکان را برای گردشگران، دانشمندان و کارآفرینان فراهم کند تا به راحتی به فضا سفر کنند.
• ایمنی بیشتر: آسانسور فضایی نسبت به موشک‌ها ایمن‌تر است. موشک‌ها در هنگام پرتاب و فرود با خطرات زیادی مواجه هستند. بالابر فضایی یک سیستم حمل و نقل ایمن‌تر و قابل اعتمادتر ارائه می‌دهد.
• کاربردهای متنوع: آسانسور فضایی می‌تواند برای موارد مختلفی مانند گردشگری فضایی، ارسال محموله به فضا، استخراج منابع از سیارک‌ها و حتی ساخت هتل‌های فضایی استفاده شود.

چالش‌های بالابر فضایی

طرح آسانسور فضایی طبیعتا بدون چالش و احیانا مخالفت‌هایی از سوی گروه‌های خاص نیست. چالش‌های آسانسور فضایی چیست؟ برخی از این چالش‌ها را در ادامه مرور می‌کنیم.

• فناوری: ساخت آسانسور فضایی به فناوری‌های بسیار پیشرفته‌ای نیاز دارد که هنوز در دست توسعه هستند. به عنوان مثال، ساخت کابل‌های گرافینی به اندازه کافی محکم برای تحمل وزن آسانسور یک چالش بزرگ است.
• هزینه: ساخت آسانسور فضایی بسیار پرهزینه خواهد بود. تخمین زده می‌شود که ساخت یک آسانسور فضایی می‌تواند تا 100 میلیارد دلار هزینه داشته باشد.
• مخالفت‌ها: برخی از افراد با ایده آسانسور فضایی به دلایل زیست‌محیطی، زیبایی‌شناسی و امنیتی مخالف هستند.

آسانسور فضایی چیست و چگونه کار می‌کند؟ این طرح هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، اما پتانسیل تبدیل شدن به یک انقلاب در حمل و نقل فضایی را دارد. با پیشرفت فناوری و افزایش سرمایه‌گذاری در این زمینه، ممکن است روزی شاهد ساخت و استفاده از آسانسور فضایی باشیم.

مواد پیشنهادی برای کابل آسانسور فضایی

مواد مورد استفاده در آسانسور فضایی چیست؟ برخی از این مواد پیشنهادی در طرح‌های مختلف برای بالابر فضایی عبارتند از:

• گرافن: گرافن یک ماده کربنی با ساختار لانه‌زنبوری است که به دلیل استحکام و سبکی فوق‌العاده شناخته شده است. گرافن 200 برابر فولاد قوی‌تر و 6 برابر سبک‌تر است، که آن را به یک ماده ایده‌آل برای ساخت کابل‌های آسانسور فضایی تبدیل می‌کند.
• نانولوله‌های کربنی: نانولوله‌های کربنی لوله‌های بسیار نازکی از جنس کربن هستند که خواص مشابه گرافن را دارند. نانولوله‌های کربنی نیز می‌توانند برای ساخت کابل‌های آسانسور فضایی استفاده شوند.
• مواد کامپوزیتی: مواد کامپوزیتی از ترکیب دو یا چند ماده مختلف ساخته می‌شوند و می‌توانند خواص منحصر به فردی را ارائه دهند. برخی از مواد کامپوزیتی در حال توسعه هستند که ممکن است برای ساخت کابل‌های آسانسور فضایی مناسب باشند.

نقش ماده گرافن در آسانسور فضایی چیست؟

گرافن یک ماده کربنی با ساختار لانه زنبوری است که از نظر استحکام، انعطاف‌پذیری و هدایت الکتریکی و حرارتی در مقایسه با سایر مواد بی‌نظیر است. این ویژگی‌ها گرافن را به ماده‌ای ایده‌آل برای ساخت کابل‌های آسانسور فضایی تبدیل می‌کند.

کابل‌های گرافینی می‌توانند به اندازه کافی محکم باشند تا وزن آسانسور، وزن محموله و وزن کابین را تحمل کنند. همچنین، این کابل‌ها می‌توانند نیروی الکتریکی مورد نیاز برای حرکت کابین را از طریق خود منتقل کنند.

استفاده از گرافن در ساخت آسانسور فضایی می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی این سیستم کمک کند. با این حال، تحقیقات و مطالعات بیشتری برای بررسی امکان‌پذیری و عملی بودن استفاده از گرافن در این زمینه لازم است.

هزینه ساخت آسانسور فضایی

در ادامه پاسخ به این سوال که آسانسور فضایی چیست، بایستی به هزینه‌های ساخت آن بپردازیم. تخمین دقیق هزینه ساخت بالابر فضایی به دلیل پیچیدگی فنی و نوآوری تکنولوژی مورد نیاز، دشوار است.

برخی مطالعات پیش‌بینی می‌کنند که هزینه کل آن می‌تواند بین 10 تا 300 میلیارد دلار باشد.

عوامل متعددی در این برآورد نقش دارند، از جمله:

• انتخاب مواد: ماده مورد استفاده برای ساخت کابل باید فوق‌العاده محکم و سبک باشد. نانولوله‌های کربنی یکی از امیدوارکننده‌ترین گزینه‌ها هستند، اما تولید آنها در مقیاس مورد نیاز هنوز چالش‌برانگیز و پرهزینه است.
• طراحی: طرح‌های مختلفی برای آسانسور فضایی ارائه شده است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. انتخاب طرح بهینه بر هزینه نهایی تأثیر می‌گذارد.
• محل ساخت: محل ساخت آسانسور فضایی بر چالش‌های لجستیکی و هزینه‌های ساخت و پرتاب تأثیر می‌گذارد.

ارتفاع آسانسور فضایی

موضوع بسیار مهم دیگر در پاسخ به این پرسش که آسانسور فضایی چیست، توجه به ارتفاعی است که بالابر فضایی می‌تواند پوشش دهد. در مورد حداکثر ارتفاع، آسانسور فضایی باید به نقطه تعادل ژئوسنکرون (GEO) در ارتفاع 36,000 کیلومتری از سطح زمین برسد.

در این نقطه، نیروی جاذبه زمین و نیروی گریز از مرکز متعادل می‌شوند و به کابل آسانسور فضایی اجازه می‌دهند بدون نیاز به پیش‌رانش مداوم، در جای خود باقی بماند.

با این حال، طول دقیق آسانسور فضایی ممکن است به طرح نهایی و محدودیت‌های فنی آن بستگی داشته باشد.

برخی از طرح‌ها پیشنهاد می‌کنند که آسانسور فضایی می‌تواند تا 60,000 کیلومتر یا بیشتر نیز امتداد یابد و به مدار ماه برسد.

دامنه اثر بالابر فضایی

آسانسور فضایی چیست و چه دامنه‌ای دارد؟ ساخت آسانسور فضایی چالش‌های فنی و اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد، اما مزایای بالقوه آن نیز بسیار زیاد است. ساخت بالابر فضایی می‌تواند انقلابی در حمل و نقل فضایی ایجاد کند و سفر به فضا را ارزان‌تر، ایمن‌تر و قابل دسترس‌تر برای همه فراهم کند.

این امر می‌تواند به گشایش عصر جدیدی از اکتشافات فضایی و فرصت‌های جدیدی برای تجارت، علم و گردشگری در فضا منجر شود.

در حال حاضر، تلاش‌های مختلفی برای مطالعه و توسعه فناوری‌های مورد نیاز برای ساخت آسانسور فضایی در حال انجام است.

اگرچه هنوز چالش‌های زیادی برای غلبه وجود دارد، اما بسیاری از کارشناسان معتقدند که ساخت آسانسور فضایی در آینده‌ای نه چندان دور قابل دستیابی است.

وضعیت فعلی طرح آسانسور فضایی چیست؟

در حال حاضر، هیچ آسانسور فضایی ساخته نشده است. با این حال، چندین پروژه تحقیقاتی در حال انجام است که به بررسی امکان‌پذیری ساخت آسانسور فضایی می‌پردازد. برخی از این پروژه‌ها شامل Space Elevator Association، Liftport Space و Tethers Unlimited هستند.

آسانسور فضایی ناسا

• آژانس فضایی ایالات متحده (ناسا) مطالعاتی در مورد آسانسور فضایی در دهه 1960 انجام داد، اما در نهایت این برنامه را به دلیل چالش های فنی و هزینه های بالا متوقف کرد.
• با این حال، ناسا همچنان به تحقیق در مورد فناوری های مرتبط با آسانسور فضایی، مانند نانولوله های کربنی، ادامه می دهد.
• در سال 2016، ناسا مسابقه ای را برای طراحی مفهومی یک سیستم آسانسور فضایی راه اندازی کرد.
• برنده این مسابقه، تیم ElevateUS، طرحی را ارائه داد که از نانولوله‌های کربنی برای ساخت کابل آسانسور فضایی استفاده می‌کرد.

آسانسور فضایی ایران

• برخی از محققان ایرانی در مورد این موضوع به طور مستقل تحقیق کرده‌اند. برای مثال تحقیق گروهی از دانشجویان اهوازی در سال 2011.
• در سال 2015، گروهی از محققان دانشگاه علم و صنعت ایران مقاله‌ای را منتشر کردند که در آن طرحی برای یک آسانسور فضایی ارائه می‌شد که از نانولوله‌های کربنی و مواد کامپوزیت استفاده می‌کرد.

آسانسور فضایی چین

• چین در حال سرمایه گذاری قابل توجهی در تحقیق و توسعه فضایی است و برخی از کارشناسان معتقدند که این کشور ممکن است به دنبال توسعه آسانسور فضایی باشد.
• در سال 2018، آکادمی علوم چین اعلام کرد که در حال مطالعه امکان ساخت یک آسانسور فضایی در ماه است.
• با این حال، چین تاکنون هیچ برنامه رسمی برای ساخت آسانسور فضایی ارائه نکرده است.

آسانسور فضایی ژاپن

• ژاپن یکی از پیشگامان تحقیقات آسانسور فضایی است.
• در سال 2014، آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) مطالعه ای را در مورد امکان سنجی آسانسور فضایی آغاز کرد.
• JAXA در حال توسعه فناوری های مختلفی است که می تواند برای ساخت آسانسور فضایی استفاده شود، از جمله مواد جدید و سیستم های پیشرانه.

آسانسور فضایی روسیه

• روسیه سابقه طولانی در اکتشافات فضایی دارد و برخی از کارشناسان معتقدند که این کشور ممکن است به دنبال توسعه آسانسور فضایی باشد.
• در سال 2015، Roscosmos، آژانس فضایی روسیه، اعلام کرد که در حال مطالعه امکان ساخت یک آسانسور فضایی در ماه است.
• با این حال، روسیه تاکنون هیچ برنامه رسمی برای ساخت آسانسور فضایی ارائه نکرده است.

پیشنهاد مطالعه

۱. تصاویر جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب

۲. دانش نجوم یا ستاره شناسی چیست؟

۳. کاربرد هوش مصنوعی در ستاره شناسی چیست؟

منابع

• “بررسی امکان‌سنجی آسانسور فضایی”: https://arxiv.org/abs/1802.07826
• مؤسسه مطالعات آسانسور فضایی: https://www.ises.org/
• آسانسور فضایی چگونه کار می کند؟”: https://www.youtube.com/watch?v=lldv_u4R6BU