Avaruushissi on edelleen "25 vuoden päässä" todellisuudesta
2024-08-24
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
Kuvan kuvaus: Japanilaisen Obayashi-ryhmän suunnittelema avaruushissi
Kuvan kuvaus: Avaruushissin konseptikartta julkaistu brittiläisellä "New Scientist" -verkkosivustolla
Erikoiskirjeenvaihtajamme Chen Yang
Viime vuonna julkaistussa scifi-elokuvassa "The Wandering Earth 2" ensimmäisen puoliskon huipentuma oli kova taistelu avaruushissillä. Itse asiassa kuuluisa japanilainen rakennusyhtiö Obayashi Group ehdotti jo vuonna 2012 suunnitelmaa avaruushissin rakentamisesta, jonka oli määrä alkaa vuonna 2025 ja valmistua vuonna 2050. Nyt kun määräaika lähestyy, miten projekti etenee? Monet ulkomaiset tiedotusvälineet haastattelivat yritystä ja alan asiantuntijoita ja valittivat, että avaruushissi näyttää olevan vielä "25 vuoden päässä" todellisuudesta.
Mitkä ovat avaruushissin rakentamisen vaiheet?
"Nihon Keizai Shimbun" totesi äskettäin, että saatuaan 634 metriä korkean Tokyo Skytreen rakentamisen päätökseen vuonna 2012 Obayashi Group ehdotti kunnianhimoisesti suunnitelmaa avaruushissin rakentamisesta ja asetti tavoitteeksi rakentamisen aloittamisen vuonna 2025 ja sen valmistumisen vuonna 2012. 2050. Kuitenkin Tokion kansainvälisessä tietotekniikkanäyttelyssä kesäkuussa 2024 Yasuhiro Buchida Teknologian päämajan tulevaisuuden teknologian luomisosastosta, avaruushissiprojektin kehittämisestä vastaavasta Obayashi-konsernista, piti puheen otsikolla "Obayashi Group·Space Elevator and sen tulevaisuudennäkymät" Shi myönsi, että ratkaisemattomia ongelmia on edelleen vuori, ja rakentamisen alkamiseen on vielä pitkä matka.
Raporttien mukaan varhaisimman idean avaruushissistä ehdotti vuonna 1895 venäläinen tiedemies Konstantin Tsiolkovski, joka tunnetaan "ilmailun isänä". Pariisin Eiffel-tornin innoittamana hän visioi rakentavansa maan päälle superkorkean tornin, joka saavuttaisi geosynkronisen kiertoradan ja menisi sitten sisäisellä hissillä avaruuteen.
Tsiolkovskin idea on muuttunut useaan otteeseen sen jälkeen, ja nyt ajatus avaruushissistä on pääosin viimeistelty: avaruusaseman yhdistäminen maan pintaan supervahvojen rakennekaapeleiden avulla, joilla voidaan helposti kuljettaa ihmisiä ja rahtia taivas ja maa. Dalin Groupin yksityiskohtainen suunnittelusuunnitelma on perustaa "Earth Port" -tukikohta päiväntasaajan merelle ja yhdistää eri kiertoradan korkeuksilla olevat avaruustilat hiilinanoputkimateriaaleista valmistetuilla kaapeleilla. Esimerkiksi "matalan maapallon kiertoradalla oleva satelliitin vapautusportti" on järjestetty noin 300 kilometrin korkeuteen, josta maasta kuljetetut keinotekoiset satelliitit voidaan vapauttaa kiertoradalle Gestationaarisella kiertoradalla, jonka korkeus on 36 000 kilometriä, "Station" koostuu asuinyksiköistä, kokeellisista yksiköistä, ajoneuvon ulkopuolisista koeyksiköistä jne. 96 000 kilometrin päässä on vastapaino koko rakenteen tasapainottamiseksi. Lisäksi kokeellisia tiloja, kuten "Mars Gravity Center" ja "Moon Gravity Center" perustetaan painovoimaolosuhteiden mukaan eri korkeuksille (painovoima vastaa Marsin tai kuun painovoimaa). Dalin Groupin suunnitelman mukaan noin 200 kilometrin tuntinopeudella maasta nouseva "hissi" saavuttaa geostationaarisen kiertoradan noin viikossa.
Dalin-ryhmä ehdotti jopa selkeästi erityistä rakennusmenetelmää: ensin kootaan avaruusalus avaruushissin rakentamista varten 300 kilometrin korkeuteen, siirretään sitten avaruusalus geostationaariselle kiertoradalle, vapautetaan hiilinanoputkikaapeleita alas avaruusaluksesta ja yhdistetään maahan. Liitä ja kiinnitä ja asenna sitten nostin kaapeleihin. Hissit kuljettavat materiaaleja maan ja avaruuden välillä avaruusasemien ja muiden tilojen rakentamiseksi. "Arvioiden mukaan tarvitaan yhteensä 510 kaapelivahvistusta, ja sen valmistuminen kestää yhteensä noin 20 vuotta", Yasuhiro Buchida sanoi.
Ihanteellisin kulkuväline taivaan ja maan välillä
Yhdysvaltain "Business Insider" -sivusto sanoi, että avaruushissiä voidaan kutsua "unelmien kuljetusajoneuvoksi maasta avaruuteen". Tällä hetkellä suurin ongelma ihmisille päästä avaruuteen on se, että kustannukset ovat liian korkeat Perinteisten rakettien lähettämiseksi avaruuteen. Esimerkiksi NASA arvioi, että kukin neljästä Artemiksen kuumatkasta maksaa 4,1 miljardia dollaria. Jopa SpaceX:n Falcon 9 uudelleenkäytettävän kantoraketin tämänhetkiset alhaisimmat laukaisukustannukset ovat keskimäärin 1 227 dollaria kilolta (noin 2 700 dollaria kilolta). Tämä johtuu siitä, että perinteisten rakettien käyttäminen avaruuteen pääsemiseksi vaatii suuren polttoainemäärän kuljettamista, mutta itse polttoaine on erittäin raskasta, mikä puolestaan lisää kuljetettavan polttoaineen määrää muodostaen noidankehän. Avaruusinfrastruktuurissa, joka vaatii laajamittaista rakennusmateriaalien kuljetusta, tämä perinteisten rakettien puute on yksinkertaisesti sietämätön. Sitä vastoin avaruushissi ei vaadi raketteja tai polttoainetta, joten tämä virhe vältetään lähes täydellisesti. Avaruushissit on tyypillisesti suunniteltu käyttämään sähkömagneettista tekniikkaa hissin voimanlähteenä ja ne voivat siirtää sähköä etänä aurinko- tai mikroaaltouuniteknologian avulla, jolloin polttoainetta ei tarvita.
Raportin mukaan Dalin Groupin Future Technology Creation Departmentin julkaisemassa avaruushissiprojektiraportissa mainittiin, että avaruushissi voi kuljettaa rahtia avaruuteen hintaan, joka on alennettu 57 dollariin paunalta. Avaruushissin kokonaiskuljetuskustannukset ovat Muut virastot arvioivat 227 dollaria dollarilta, ovat paljon alhaisemmat kuin tavanomaiset kantoraketit. Lisäksi perinteisiä raketteja rajoittaa suojuksen koko, eikä kuljetettava hyötykuorma voi olla liian suuri. Avaruushissillä on tässä suhteessa paljon pienempiä rajoituksia. Samanaikaisesti hissi toimii hitaammin kuin raketti, mutta voi vähentää tärinää, mikä on erittäin tärkeää herkän laitteen asettamiseksi kiertoradalle.
Hiilinanoputkien valmistustekniikka on vielä kehittymätön
"Nihon Keizai Shimbun" totesi, että avaruushissi on ollut jumissa fantasiavaiheessa ennenkin, koska maan ja avaruuden yhdistävien ultrapitkien kaapeleiden tekemiseen tarvittaisiin sekä kevyitä että lujia materiaaleja. Kaapeleiden tulee olla erittäin vahvoja kestämään oman massiivisen painonsa ja tilatilojen aiheuttaman rasituksen. Perinteisten metallimateriaalien, kuten teräksen, suorituskyky on laskelmien mukaan kaukana avaruushissien kaapelien tarpeista. Toinen ongelma on hissin ja kaapeleiden välisen kitkan tuottama lämpö: Tyhjiössä lämpöä on vaikea hajauttaa.
Mutta tämä tilanne muuttui vuonna 1991 - kevyt, erittäin luja hiilinanoputkimateriaali löydettiin, ja avaruushissistä on sittemmin tullut saavutettavissa. Raporttien mukaan teoriassa hiilinanoputkien vahvuus voi olla jopa 200 Gpa, mikä tarkoittaa, että 200 hiusta ohuempaa hiilinanoputkea voi vetää auton ylös. Siinä yhdistyvät polymeerien ja metallien edut Sen tiheys on vain 1/6 teräksestä, mutta sen kimmokerroin on 5 kertaa teräksen vetolujuus 100-kertainen teräksen ja lämmönjohtavuus huoneenlämpötilassa on myös kaukana. korkeampi kuin muilla metallimateriaaleilla. Siksi Dalin Group pitää hiilinanoputkia ihanteellisena materiaalina erittäin lujien kaapeleiden valmistukseen avaruushisseihin.
Obayashin suunnitelman mukaan tuleva avaruushissin kaapeli ei kuitenkaan koostu useista hiilinanoputkista lujuuden lisäämiseksi, vaan siitä on tehtävä yksi hiilinanoputki, jonka pituus on 96 000 kilometriä ja molekyylejä yhdistettynä molekyylien väliin. Kesäkuussa pidetyssä Tokion kansainvälisessä tietotekniikkanäyttelyssä asianomainen vastuuhenkilö paljasti, että tällä hetkellä vaatimukset täyttäviä hiilinanoputkia voidaan valmistaa vain alle 1 senttimetri. Siksi raportti myönsi, että Dalin Group tutkii edelleen laajamittaista hiilinanoputkien valmistusprosessia kaapelimateriaaleina.
Edessä enemmän teknisiä haasteita
Amerikkalaisella "Fun Engineering" -sivustolla mainittiin, että avaruushissillä on paitsi sopivien kaapelimateriaalien puutetta, myös monia muita teknisiä haasteita. Esimerkiksi avaruudessa on yhä enemmän avaruusromua, ja uhka kiertoradalla oleville avaruusaluksille kasvaa jatkuvasti. Tällä hetkellä Kansainvälinen avaruusasema pääosin säätää toimintakorkeutta mahdollisten törmäysten välttämiseksi, mutta avaruushissin päällirakenteessa, jonka massa on huomattavasti kansainvälisen avaruusaseman massaa suurempi, sen kiertoradan säätäminen on paljon vaikeampaa. Samaan aikaan avaruushissin kaapeleita uhkaavat myös äärimmäiset sääolosuhteet, kuten avaruusromu, voimakas kosminen säteily ja voimakkaat lämpötilaerot, myrskyt ja salamaniskut ilmakehässä haasteita.
Lisäksi, jotta varmistetaan, että avaruushissin avaruusosa on synkronoitu maaosan kanssa, se on rakennettava päiväntasaajalle. Yhdessä valtavien tukitilojen ja huikean työmäärän kanssa avaruushissillä on tiettyjä vaatimuksia läheisille kuljetusolosuhteille. Tämä on myös Dalin-konsernin tärkein huomioitava rakennuspaikkansa valinnassa. "Interesting Project" -sivustolla mainittiin kuitenkin, että merellinen ilmasto muuttuu suuresti ja se voi joutua myrskyihin. Lopuksi, liittyvät rakennuskustannukset ovat erittäin kalliita, ja Obayashi-tiimi arvioi kustannusten olevan yli 1 biljoona jeniä (noin 6,8 miljardia dollaria).
Siksi, vaikka kanadalainen fyysikko Stephen Cohen ja muut arvioivat tämän vuosisadan alussa optimistisesti, että avaruushissistä voi tulla todellisuutta vain 20–30 vuodessa, Yasuhiro Buchida myöntää nyt, että projekti vaatii yhteistyötä kaikilta osapuolilta ja etsii edelleen yhteistyötä. kumppani. ▲#deepgoodarticleplan#
