آسانسور ۳۲,۰۰۰ کیلومتری از زمین به فضا !

[mahmoodmah]

تاریخ انتشار: شنبه, ۱۳۹۰/۰۹/۲۶ - ۲۰:۰۷

فضا در تسخیر آسانسورها، آیا این تخیل به واقعیت خواهد پیوست؟ اولین کسی که ایده آسانسور فضایی را که حرکت آن از سطح زمین تا مدار زمین امتداد داشت، در سال 1895 یک دانشمند روسی بنام کنستانتین ادواردویچ تیسو لوفسکی مطرح کرد. (تولد 1857 درگذشت 1935). وی در زمینه صنایع موشکی پیشگام و در نظریه پردازی فضایی چیره دست و پر توان بود. او اولین کسی بود که پیشنهاد استفاده از سوخت مایع را برای موشکهای فضا پیما مطرح کرد.

نقش دیگر ایشان ارائه محاسبه سرعت و سوحت مورد نیاز یک فضاپیما برای عبور از نیروی گرانش زمین بود، وی همچنین در رساله خود بنام "اکتشاف فضای کیهانی با ابزار واکنشی" در میان انبوهی از اندیشه های نو در مورد فضانوردی از ماهواره نام برده، که این واژه برای اولین بار بکار برده شده است.

Konstantin.E.Tsiokovsky
البته در سالهای بعد افراد بسیار روی ایده ( آسانسور فضایی) کار کردند، که یکی از مشهورترین آنها سر آرتور سی. کلارک بود که در سال 1956 به سریلانکا کوچ کرد، سواحل اقیانوس و جنگلهای بکر استوایی بهشت کلارک برای نوشتن بود. وی به این مطلب توجه خاصی داشت.
می دانیم که سرعت محوری زمین ثابت است، بنابراین باید طول مواد ارتباطی بین زمین و فضا بر اساس این سرعت انتخاب شود که همیشه مستقیم و محکم و نسبت به یک نقطه روی سطح زمین، بدون حرکت به نظر برسد.
گردش وضغی زمین، نیروی گریز از مرکز کافی برای غلبه بر کشش گرانش زمین ایجاد می کند و باعث می شود که طناب نانو لوله های کربنی کشیده و محکم نگه داشته شود. بنا بر این آسانسور قضایی یک پل دائمی بین زمین و فضا مهیا خواهند کرد.
استفاده از "مدار زمین آهنگ " این امکان را به بشر خواهد داد، مدار آهنگ زمین، مداری است که دقیقا بالای استوای زمین، یعنی عرض جغرافیایی صفر درجه و در ارتفاع 36000 متری از سطح دریا واقع شده است.
خاصیت این مدار به گونه ای است که اگر جسمی در این مدار قرار داده شود، از روی سطح زمین و با نگاه به آسمان، این جسم بدون حرکت به نظر می رسد.
به بیان دیگر، دوره گردش جسمی که در مدار زمین آهنگ قرار دارد با دوره گردش زمین به دور محور خود هم سرعت با "سنکرون" است. این مدار زمین آهنگ در یک مقیاس گسترده در مقاله ای با عنوان "ایستگاههای رله برون زمینی" توسط سر آرتور سی. کلارک در سال 1928 در مجله ای به نام "جهان بدون سیم" منتشر شده، به خاطر همین موضوع این مدار به "کمربندکلارک" یا "مدار کلارک" مشهور است.

نام آسانسورهای فضایی همزمان با انتشار رمان آرتور سی. کلارک به نام "چشمه های بهشت" در سال 1976 به مخاطبان معرفی شد.
در اواخر دهه هفتاد، آرتور سی.کلارک در رمان خود به نام سرچشمه‌های بهشت از این ایده استفاده کرد و شالوده رمان خود را بر مبنای آن قرار داد. وی، این سوال را مطرح کرد که: «اگر قوانین مکانیک سماوی این را ممکن می‌سازند که یک جسم در آسمان نسبت به زمین ثابت باقی بماند، آن‌گاه آیا امکان ندارد که طنابی را از آسمان به سطح زمین انداخت و یک سیستم آسانسوری که زمین را به آسمان وصل می‌کند، به راه انداخت؟»
در آن زمان تنها پاسخ برای این سوال «نه» بود و خود کلارک نیز اذعان داشت که برای سالیان متمادی این فکر با خنده و استهزا روبرو خواهد شد، ولی در دهه گذشته این فکر از حاشیه مجامع علمی به متن آمد و تا به امروز به طور جدی دنبال شده است.
قوانین و محاسبات اختر فیزیک نشان می دهد که در 35.600.000 متری سطح زمین می توان مدار ثابتی را در نظر گرفت که فضاپیما با قرار گرفتن در آن هر روز یک بار به دور زمین بچرخند.
با کشف نانولوله های کربنی به صورت تصادفی توسط یک دانشمند ژاپنی در آرایش اتم های کربن، که قوی ترین موادی هستند که تا کنون توسط بشر آزمایش شده است، و نانو لوله های کربنی 100 برابر از فولاد قوی بر می باشد، در سال 1991 تحولی شگرف در نوآوری در این بخش و مخصوصا آسانسور فضایی بوجود آمد، زیرا این ماده پنجاه هزار بار نازکتر از موی انسان می باشد و تنها با یک گرم از این مواد می توان نخی به درازای 29.000 متر ساخت.
محققان با اسبفاده از تکنیک نخ ریسی هر رشته از فیبر نانو SWNT را که حدود 100 میکرومتر قطر دارد و حاوی 1.000.000 نانو لوله کربنی می باشد را اکسترود کرده اند.

نانو لوله های کربنی احتیاج به تحقیقات گسترده ای در ابعاد جهانی دارد. چون گستره کاربرد آنها به آسانسور فضایی محدود نمی شود، بلکه از آنها می توان ریل های معلق، مواد کامپوزیت جدید، موشک و هواپیمای سبکتر، اتصالات داخلی پردازنده های کامپوزیتی و در صنایع نظامی و موارد دیگر استفاده کرد.
چندی قبل محققان دانشگاه پنسیلوانیا در فیلادلفیا در بخش اسپین نانولوله های کربنی (Spin Carbon nanotubes into Usable Fibers) مطالعات مشترکی را در رابطه با الیاف نانولوله های کربنی تک دیواره (SWNT) انجام دادند، این ماده ماکروسکوپی جدید از خواص شگفت انگیزی در رابطه با خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی برخوردار است.
لذا بخش مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه فوق در صدد تهیه محصولی است که بتواند بوسیله آن ارتباط بین زمین و فضا جهت حرکت آسانسور فضایی، مهیا گردد.

کامپوزیت های پلیمری نانو لوله که دارای خواص پیچیده و فراوانی هستند، محققان را به این فکر انداخته که برنامه ی کاربردی و پر آب و تاب آسانسور فضایی را با استفاده از کابلی که تهیه شده از الیاف نانو لوله های کربنی فوق العاده قوی و سبک می باشد را بر روی یک سکوی شناور در خط استوا به زمین و انتهای آن در فضای فراتر از مدار (Geosynchronous) لنگر اندازد.
در زمینه آسانسور فضایی، سازمان فضایی آمریکا (ناسا) نیز بسیار فعال می باشد و یکی از طرح های مطرح این سازمان، آسانسور فضایی می باشد. آسانسوری که بتواند تجهیزات و حتی فضانوردان را (در افق دورتر توریست های فضایی را) به فضا انتقال دهد و دیگر نیازی به استفاده از موشک و شاتل های فضایی نباشد.
در سال 2008 کتاب " خارج شدن از سیاره توسط آسانسور فضایی " توسط دکتر ادواردز و فیلیپ Ragan منتشر شد. google در سال 2011 کار بر روی طرح هایی برای آسانسور فضایی را در برنامه کاری قرار داد.
در حال حاضر نود درصد(%90) وزن شاتل فضایی را سوخت این سفینه تشکیل می دهد و لذا شاتل محموله ای را که می تواند با خود حمل کندTحدود پنج درصد (%5) وزن کلی شاتل فضایی است و از همه مهمتر هزینه های سرسام آور و هنگفت ساخت شاتل فضایی می باشد، در صورتیکه ساخت آسانسور فضایی حدود %98 ارزان تر از هزینه تولید شاتل فضایی است.
لذا با توجه به عدم نیاز آسانسور فضایی به سوخت همراه، به دلیل استفاده از انرژی پرتو لیزر زمینی شرایط ایده آلی در بوجود خواهد آمد.
بر اساس پیش بینی دانشمندان فضایی در صورت تحقق این ایده، سفر با آسانسور فضایی با سرعت 120 مایل در ساعت، حدود هفت روز طول می کشد و آنان در این اندیشه هستند این زمان را به چهار روز کاهش دهند.
از نکات جالبی که یکی از دانشمندان به آن اشاره کرده، موضوع برخورد شهاب سنگها و اجرام فضایی با تجهیزات این آسانسور می باشد.
در این حال از سال 2006 با توجه به سالگرد صدمین سال تاسیس سازمان هوایی ناسا، این سازمان تمرکز خاصی به پروژه آسانسور فضایی داشته و به همین جهت با تعیین جایزه 4 میلیون دلاری برای تحقیقات آزمایش این پروژه شرایطی فراهم کرده تا دانشمندان جوان و خلاق استعداد خود را در این زمینه بروز دهند و حدود 45 تیم تحقیقاتی برای فعالیت در این پروژه ثبت نام کرده اند.
در همین رابطه یک گروه پژوهشی در دانشگاه کمبریج برای رسیدن به جایزه چهار میلیون دلاری پژوهشی ناسا، محکم‌ترین ریسمان جهان را اختراع کرده است؛ رشته‌ای استوانه‌ای‌شکل از نانو لوله های کربنی که انعطاف‌پذیری و وزن اندک را با استحکام و کشش بسیار زیاد ترکیب کرده و قابلیت کشیده‌ شدن در فواصل طولانی را نیز دارد. دانشمندان علوم فضایی با استقبال از این ابتکار، امیدوارند با استفاده از این فناوری پیشرفته بتوان طنابی به طول صدها کیلومتر بین زمین و آسمان کشید و با کمک آن، آسانسوری فضایی ساخت تا فضانوردان سوار بر آن به فضا بروند.
ضمنا ناسا رقابتی به نام "نبرد قدرت" (Challenge Power Beaming) که تلاشی است بین شرکت کنندگانی که طرح اولیه کابین آسانسور فضایی آزمایشی را در ابعاد کوچک ساخته اند، ترتیب داده و در این رقابت روبات های بالا رونده یا همان آسانسور فضایی که از روی زمین به صورت کنترل از راه دور تغذیه می شوند، تلاش می کنند هر چه سریعتر از یک کابل بالا روند، شرکت کرده اند.
مینی آسانسور فضایی برنده این رقابت، توسط تیمی به نام "Laser Motive" در واشنگتن ساخته شد و همانند دو شرکت کننده دیگر برای جذب انرژی از لیزر مادون قرمز زمینی بر اساس سلولهای خورشیدی استفاده کرد.
این آسانسور فضایی توانست از کابلی که از یک هلی کوپتر آویزان بود 900 متر را طی 4 دقیقه با سرعت متوسط 7.3m/s بالا رود.

آزمایش مینی کابین آسانسور فضایی
البته روز بعد رکورد خود را اصلاح کرد و با سرعت 9.3m/s صعود خود را تکرار کرد. و موفق به در یافت 900.000 دلار جایزه گردید. تیم بعدی از دانشگاه "Saska Tchewan" کانادا بود که آسانسور فضایی این تیم چند متر بیشتر حرکت نکرد و متوقف شد. و تیم آخر هم از کانزاس سیتی "Kansas City"بود که آسانسور فضایی این تیم هم تا نیمه راه بالا رفت و نتوانست به راه خود ادامه دهد. این برنامه در پایگاه نیروی هوایی ادوارد واقع در کالیفرنیا انجام شد.
هزینه پرتاب شاتل فضایی با یک سرنشین، به ازای هر کیلومتر حرکت، رقمی حدود 22.000 دلار می باشد، در صورتیکه چنانچه موفق به اجرای طرح استفاده از نانولوله های کربنی جهت انتقال آسانسور فضایی شوند، این هزینه حدود 220 الی 880 دلار خواهد شد.
مسئله دیگری که در ساخت این این آسانسور فضایی مطرح است، نیروی پشت حمل کابین آین آسانسور می باشد که قرار است به فضا برود، پروفسور آئوکی در این باره میگوید "ما به فکر بهره گرفتن از تکنولوژی استفاده شده در قطارهای گلوله ای " یا همان قطارهای بسیار سریع" هستیم. لوله های کربنی رسانای بسیار خوبی برای الکتریسته هستند، بنا بر این ما در این فکر هستیم از دو کابل موازی استفاده کنیم که یکی از این کابلها مسئولیت رساندن انرژی به آسانسور فضایی را داشته باشد.
برای درک مطلب و تجسم ساختار یک آسانسور فضایی به این مثال توجه کنید:
یک قلاب سنگ را در نظر بگیرید، طنابی که یک طرف آن سنگ یا وزنه ای قرار داده ایم، را در دست گرفته ایم. در این ساختار، طناب همان نانو لوله های کربنی می باشد، دست شما زمین یا ایستگاه زمینی آسانسور فضایی است و سنگ همان وزنه تعادل است که می تواند یک ایستگاه فضایی هم باشد.

حال اگر دستی که ریسمان را گرفته به حرکت در آورده و دور سرمان بچرخانیم و در این حالت دست را دقیقا مقابل صورت ثابت نگهداریم و خودمان بچرخیم و دست ثابت باشد، سنگ در اثر نیروی گریز از مرکز ، دقیقا جلوی صورت و در راستای طناب قرار می گیرد و از دید شما سنگ بدون حرکت و ساکن به نظر می رسد. زیرا سرعت گردش سنگ و سرعت گردش شما یکسان می باشد. این پدیده "ایده وانگاره اصلی آسانسورهای فضایی" است.

وزنه تعادل یا همان ماهواره به دور زمین و با سرعت یکسان با گردش وضعی رمین می چرخد و طناب "نانولوله کربنی" را مستقیم نگه می دارد. بنابراین این بالابرها یا همان آسانسور فضایی می توانند روی ریسمان مذکور به سمت بالا و پائین حرکت کنند.
البته در بعضی از طرح ها پیشنهاد شده سامانه آسانسور فضایی بر روی کره ماه با مریخ مستقر شود.
سخنگوی انجمن آسانسور فضایی ژاپن آقای Akira Tsuchida اظهار داشته این انجمن همکاری تنگاتنگی با بنیاد ایالات متحده و یک سازمان اروپایی مسقر در لوکزامبوگ در رابطه با توسعه طراحی آسانسور فضایی دارد و بیش از 300 دانشمند در سراسر جهان در حال تحقیق بر روی این پروژه می باشند.
نخستین نمونه بالارونده یا آسانسور فضایی کشور توسط پژوهشگران جوان اهوازی در دانشگاه شهید چمران با همکاری دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز و حمایت مالی پارک علوم و فناوری خوزستان ساخته شد.
مچری طرح بالا رونده "آسانسور فضایی" گفت: این دستگاه بدون نیاز به تجهیزات جانبی قادر است از یک طناب آویزان با سرعتی بیش از 8 متر بر ثانیه بالا رود و به همراه خود 5 کیلو بار داشته باشد.
سیستم آسانسور فضایی یک سیستم حمل و نقل فضایی است که در این عرصه انقلابی به پا کرده و به دلیل بازده و صرفه اقتصادی بالاترین جایگزین روشهای حمل و نقل فضایی مانند موشک و شاتل و غیره می باشد و توجه بسیاری از محققین و سازمانهای دولتی در کشورهای مختلف را به خود جلب کرده است.

وی ادامه داد: این آسانسور فضایی توانایی اندازه گیری سرعت خطی، سرعت دورانی موتورها، میزان لغزش بین کابل ها و غلطک ها، و ارتفاع را دارد.
ضمنا این آسانسور فضایی هوشمند است و علاوه بر اینکه انتهای مسیر را به صورت خودکار تشخیص می دهد به صورت اتوماتیک نیز باز میگردد و قابلیت کنترل از راه دور را نیز دارد.


منابع: وکیپدیا، انجمن فیزیکدانان جوان، شبکه اطلاع رسانی ساختمان



منبع