O elevador espacial ainda está “25 anos longe” da realidade
2024-08-24
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Descrição da imagem: Elevador espacial projetado pelo grupo japonês Obayashi
Descrição da imagem: Mapa conceitual de um elevador espacial publicado no site britânico "New Scientist"
Nosso correspondente especial Chen Yang
No filme de ficção científica "The Wandering Earth 2", lançado no ano passado, o clímax da primeira metade foi uma luta acirrada no elevador espacial. Na verdade, já em 2012, a famosa construtora japonesa Obayashi Group propôs um plano para construir um elevador espacial, que estava previsto para começar em 2025 e ser concluído em 2050. Agora que o prazo se aproxima, como está o andamento do projeto? Muitos meios de comunicação estrangeiros entrevistaram a empresa e especialistas do setor e lamentaram que o elevador espacial parece ainda estar “25 anos longe” da realidade.
Quais são as etapas para construir um elevador espacial?
"Nihon Keizai Shimbun" afirmou recentemente que depois que o Grupo Obayashi concluiu a construção do Tokyo Skytree de 634 metros de altura em 2012, propôs ambiciosamente um plano para construir um elevador espacial, estabelecendo a meta de iniciar a construção em 2025 e concluí-la em 2050. No entanto, na Exposição Internacional de Tecnologia da Informação de Tóquio em junho de 2024, Yasuhiro Buchida do Departamento de Criação de Tecnologia Futura da Sede de Tecnologia, o Grupo Obayashi responsável pelo desenvolvimento do projeto do elevador espacial, fez um discurso intitulado "Grupo Obayashi·Elevador Espacial e suas perspectivas" Shi admitiu que ainda há uma montanha de questões que precisam ser resolvidas e que ainda há um longo caminho a percorrer antes do início da construção.
Segundo relatos, a primeira ideia de um elevador espacial foi proposta em 1895 pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovsky, conhecido como o "Pai da Aeroespacial". Inspirado pela Torre Eiffel em Paris, ele imaginou construir uma torre super alta no solo que alcançaria a órbita geossíncrona e depois pegaria um elevador interno para entrar no espaço sideral.
A ideia de Tsiolkovsky mudou várias vezes desde então, e agora a ideia de um elevador espacial foi basicamente finalizada: conectar a estação espacial à superfície terrestre através de cabos estruturais superfortes, que podem facilmente transportar pessoas e cargas de e para o céu e a terra. O plano de projeto detalhado do Grupo Dalin é estabelecer uma base de "porto terrestre" no mar equatorial e conectar instalações espaciais em diferentes alturas orbitais por meio de cabos feitos de materiais de nanotubos de carbono. Por exemplo, um "portão de liberação de satélite em órbita baixa da Terra" é organizado em uma órbita baixa da Terra com uma altitude de cerca de 300 quilômetros, a partir da qual satélites artificiais transportados da Terra podem ser lançados em órbita; em órbita geoestacionária com altitude de 36.000 quilômetros. A “Estação” é composta por unidades residenciais, unidades experimentais, unidades experimentais extraveiculares, etc.; no topo de 96.000 quilômetros, existe um contrapeso para equilibrar toda a estrutura. Além disso, instalações experimentais como o "Centro de Gravidade de Marte" e o "Centro de Gravidade da Lua" serão instaladas de acordo com as condições de gravidade em diferentes alturas (a gravidade é equivalente à de Marte ou da Lua). De acordo com o plano do Grupo Dalin, pegar um “elevador” com velocidade de cerca de 200 quilômetros por hora a partir do solo chegará à órbita geoestacionária em cerca de uma semana.
O Grupo Dalin até propôs claramente um método de construção específico: primeiro, montar uma espaçonave para construir um elevador espacial a uma altitude de 300 quilômetros, depois mover a espaçonave para a órbita geoestacionária, liberar cabos de nanotubos de carbono para baixo da espaçonave e conectá-la ao solo Conecte e prenda e, em seguida, instale o elevador nos cabos. Os elevadores transportam materiais entre o solo e o espaço para construir estações espaciais e outras instalações. “Estima-se que serão necessários um total de 510 reforços de cabos e levará cerca de 20 anos para serem concluídos”, disse Yasuhiro Buchida.
O meio de transporte mais ideal entre o céu e a terra
O site "Business Insider" dos EUA disse que o elevador espacial pode ser chamado de "veículo de transporte dos sonhos da Terra ao espaço". Atualmente, o maior problema para os humanos entrarem no espaço é que o custo é muito alto. Os foguetes tradicionais são extremamente caros para enviar humanos e materiais ao espaço. Por exemplo, a NASA estima que cada uma das quatro missões lunares Artemis custará 4,1 mil milhões de dólares. Mesmo o custo de lançamento mais baixo atual do veículo de lançamento reutilizável Falcon 9 da SpaceX é um custo médio de lançamento de US$ 1.227 por libra (aproximadamente US$ 2.700 por quilograma). Isso ocorre porque o uso de foguetes tradicionais para entrar no espaço exige o transporte de uma grande quantidade de combustível, mas o combustível em si é muito pesado, o que por sua vez aumenta a quantidade de combustível que precisa ser transportado, formando um ciclo vicioso. Para infraestruturas espaciais que requerem transporte em grande escala de materiais de construção, esta deficiência dos foguetes tradicionais é simplesmente insuportável. Em contraste, um elevador espacial não requer foguetes ou combustível, evitando quase perfeitamente esta falha. Os elevadores espaciais são normalmente projetados para usar tecnologia eletromagnética para alimentar o elevador e podem transmitir energia remotamente com a ajuda da tecnologia solar ou de micro-ondas, eliminando a necessidade de combustível.
De acordo com o relatório, o relatório do projeto do elevador espacial emitido pelo Departamento de Criação de Tecnologia Futura do Grupo Dalin mencionou que o elevador espacial pode transportar carga para o espaço a um custo reduzido para 57 dólares americanos por libra. estimados por outras agências em 227 dólares americanos por libra-peso, são muito inferiores ao custo dos veículos de lançamento convencionais. Além disso, os foguetes tradicionais são limitados pelo tamanho da carenagem e a carga útil que pode ser transportada não pode ser muito grande. O elevador espacial tem limitações muito menores nesse aspecto. Ao mesmo tempo, o elevador opera mais lentamente que um foguete, mas pode reduzir a vibração, o que é muito importante para colocar equipamentos sensíveis em órbita.
A tecnologia de fabricação de nanotubos de carbono ainda é imatura
"Nihon Keizai Shimbun" afirmou que o elevador espacial já ficou preso no estágio de fantasia antes por causa da falta de materiais leves e fortes necessários para fazer cabos ultralongos conectando a Terra e o espaço. Os cabos devem ser extremamente fortes para suportar o seu próprio peso e a tensão causada pelas instalações espaciais. De acordo com os cálculos, o desempenho dos materiais metálicos convencionais, como o aço, está longe de atender às necessidades dos cabos dos elevadores espaciais. O calor gerado pelo atrito entre o elevador e os cabos é outro problema: no vácuo do espaço, o calor é difícil de dissipar.
Mas esta situação mudou em 1991 - o material leve e de alta resistência dos nanotubos de carbono foi descoberto, e o elevador espacial tornou-se desde então viável. Segundo relatos, em teoria, a resistência dos nanotubos de carbono pode chegar a 200 Gpa, o que significa que 200 nanotubos de carbono mais finos que um fio de cabelo podem puxar um carro. Combina as vantagens de polímeros e metais. Sua densidade é de apenas 1/6 do aço, mas seu módulo de elasticidade é 5 vezes maior que o do aço, sua resistência à tração é 100 vezes maior que a do aço e sua condutividade térmica à temperatura ambiente também é distante. superior ao de outros materiais metálicos. Portanto, os nanotubos de carbono também são considerados pelo Grupo Dalin como um material ideal para a fabricação de cabos de altíssima resistência para elevadores espaciais.
No entanto, de acordo com o plano de Obayashi, o futuro cabo do elevador espacial não será composto de múltiplos nanotubos de carbono para aumentar a resistência, mas precisará ser transformado em um único nanotubo de carbono com comprimento de 96.000 quilômetros e moléculas conectadas entre moléculas. Na Exposição Internacional de Tecnologia da Informação de Tóquio, realizada em junho, o responsável revelou que atualmente apenas podem ser produzidos menos de 1 centímetro de nanotubos de carbono que atendam aos requisitos relevantes. Portanto, o relatório admitiu que o Grupo Dalin ainda está estudando o processo de preparação em larga escala de nanotubos de carbono como materiais para cabos.
Enfrentando desafios mais técnicos
O site americano "Fun Engineering" mencionou que além de não possuir materiais de cabos adequados, o elevador espacial também enfrenta vários outros desafios técnicos. Por exemplo, há cada vez mais detritos espaciais no espaço e a ameaça às naves espaciais em órbita continua a aumentar. Actualmente, a Estação Espacial Internacional ajusta principalmente a sua altura de funcionamento para evitar possíveis colisões, mas para uma superestrutura de elevador espacial com uma massa muito superior à da Estação Espacial Internacional, é muito mais difícil ajustar a sua órbita. Ao mesmo tempo, os cabos do elevador espacial também enfrentam ameaças de condições meteorológicas extremas, como impactos de detritos espaciais, forte radiação cósmica e graves diferenças de temperatura, tempestades e relâmpagos na atmosfera. desafios.
Além disso, para garantir que a parte espacial do elevador espacial esteja sincronizada com a parte terrestre, ele precisa ser construído no equador. Atualmente, a maioria dos países com capacidades relevantes de construção aeroespacial está localizada no hemisfério norte. Juntamente com as enormes instalações de apoio e a incrível quantidade de trabalho, o elevador espacial tem certos requisitos para as condições de transporte próximas. Esta é também a principal consideração do Grupo Dalin na escolha do local de construção na base marítima. No entanto, o site "Projecto Interessante" mencionou que o clima marítimo muda muito e pode ser atingido por tempestades. Ao mesmo tempo, os desafios de segurança relacionados também são maiores e é vulnerável a ataques terroristas marítimos. Finalmente, os custos de construção relacionados são extremamente caros e a equipa de Obayashi estima que o custo seja superior a 1 bilião de ienes (aproximadamente 6,8 mil milhões de dólares).
Portanto, embora o físico canadense Stephen Cohen e outros tenham estimado com otimismo no início deste século que o elevador espacial poderia se tornar uma realidade em apenas 20 a 30 anos, Yasuhiro Buchida admite agora que o projeto requer a cooperação de todas as partes e ainda está em busca de cooperação. . parceiro. ▲#deepgoodarticleplan#
