Vesmírný výtah - Space Elevator

[Duro Kotulic Bunta]

Nemam v CZ a SK az taky prehlad o info o kozmickom vytahu, kazdopadne ako povedal Trux cez google sa toho da najst dost.
Bohuzial nie su to nejako zvlast podrobne info ako sa zda, ide skor len o zakladne informacie typu ano nieco sa s tym robi, pripadne len diskusie a osobne nazory diskutujucich (ktore ale presne mnohe trpia tym, ze si ich autori necitali originalne projekty).

Takze ako zakladna info su dobre aj materialy v CZ/SK, ale ak to cloveka zaujima hlbsie tak najde odpovede len v EN.

Mne sa idea vytahu velmi paci a povazujem ju za jednu z hlavnych ciest ktorymi by sa mala kozmonautika v najblizsom obdobi uberat, rozmyslal som, ze by som o tom napisal clanok, lenze bohuzial teraz na to asi vobec nebudem mat cas z rodinnych dovodov.

Napriek tomu, skusim napisat teraz cez obednajsiu prestavku podla mojich vedomosti
Najpodrobnejsi a najkomplexnejsi (aj ked stale velmi strucny) prehlad v cestine/slovencine o com vesmirny vytah je:

Fyzikalny princip vytahu, ktory nacrtol uz Ciolkovski a potom ho rozvinuli dalsi (sovietski a neskor aj americki) vedci je ten, ze ak zacnete nejake lano tahat vyssie a vyssie, s rastucou vyskou bude klesat gravitacna sila na neho posobiaca a naopak narastat odstrediva sila vdaka jeho rotacii okolo Zeme. Aby mal vytah vyuzitie, jeho obezna rychlost musi byt totozna s obeznou rychlostou zemskeho povrchu, inymy slovami musi obehnut Zem raz za 24 hodin a teda vlastne bude stale nad tym istym miestom nad povrchom Zeme. Tento princip vyuzivaju aj tzv. geostacionarne druzice, ktore obiehaju prave v takej vyske (cca 32 tisic km nad povrchom Zeme), ze ich obezna doba je prave 24 hodin. Ak by sme vytiahli lano dalej ako je geostacionarna draha, tak cast lana pod gestacionarnou drahou (cize nizsie ako 32 tisic km) bude gravitacne pritahovana k Zemi a Zem teda bude mat tendenciu toto lano stiahnut dole. Lenze - lano za (nad) geostacionarnou drahou bude mat vdaka odstredivej sile snahu odletiet od Zeme prec. Gravitacna a odstrediva sila posobiaca na cele lano sa teda vzajomne zrusi a lano tak dokaze "levitovat" bez toho zeby sme museli pouzit nejaku raketu na to aby zostalo na obeznej drahe. Samozrejme, ked zacnete na lano nieco vytahovat, tak zacne posobit dodatocna sila smerom k Zemi (jednak vdaka vahe vytahovaneho nakladu a vozidla, a na zaciatku aj vdaka zrychleniu nakladu). Toto sa da vyriesit tym, ze jednoducho lano ukotvime na Zemi (na to ma sluzit velka pohybliva platforma na sposob plavajucich ropnych vezi), a tazisko lana (zavisle na dlzke lana nad geostacionarnou drahou a vzdialenosti a hmotnosti zavazia uplne na konci lana) posunieme o nieco vyssie ako je geostacionarna draha. Vysledkom bude, ze lano bude mat slabu tendenciu uletiet prec od Zeme a bude na kotviacu plosinu posobit odstredivou silou. Tato sila bude stacit velmi mala - niekolko desiatok ton.
Bez problemov potom mozme vytahovat naklad bez toho, zeby nam lano spadlo alebo zeby sa namotalo na Zem, pretoze tato prebytocna odstrediva sila ho bude stale "narovnavat". Tym sa eliminuje aj tzv. Coriolisova sila, ktora bude posobit na lano pocas vytahovania nakladu, a na ktorej existenciu sa odvolava vacsina ludi, ktori su proti existencii vytahu (inymi slovami jedna sa o uhlovy moment). Jej princip spociva v tom, ze na vytahovany (analogicky aj na klesajuci) naklad bude posobit dodatocna sila vdaka tomu, ze pri zvysovani (znizovani) vysky sa bude zvysovat (znizovat) aj obezna rychlost nakladu. Tuto rychlost (energiu) mu bude musiet dodat lano, ktore bude teda vychylovane. Avsak, prave dodatocna odstrediva sila vyplyvajuca z taziska umiestneneho nad geostacionarnou drahou bude tuto vychylku neustale limitovat (nikdy neprekroci jeden stupen!) a bude branit lanu padnut ci namotat sa na Zem. Coriolisova sila je jedna zo zakladnych sil posobiacich na rotujucich telesach a sposobuje napr. aj smer rotacie cyklonov, hurikanov a tajfunov. Je davno znama a nepredstavuje pre vytah ziaden neriesitelny problem.

Toto je velmi strucne popisany fyzikalny princip, nie je na nom uz nic nevyriesene.

Prvotne vypustenie na obeznu drahu.
Existuje niekolko variant, z ktorych vsak najlacnejsia a najjednoduchsia je vyuzit v sucasnosti existujuce technologie. Staci sedem startov raketoplanov a jeden start nosica Centaurus na to, aby sme vypustili na obeznu drahu druzicu s lanom, raketove motory a palivo potrebne na presun tohto systemu na geostacionarnu drahu. Na nej sa zacne so spustanim prvotneho lana. Na konci lana bude mala sonda s motorcekom, ktora mu udeli prvotny impulz na odvijanie. Po par sto metroch bude odvijanie zabezpecene vdaka gravitacii Zeme. Druzica, z ktorej sa lano bude odvijat, sa bude vhodnou rychlostou vzdalovat od geostacionarnej drahy tak, aby tazisko celeho systemu bolo neustale na geostacionarnej drahe. Na konci lana bude aj maly vysielac, aby po klesnuti lana az na Zem ho bolo mozne najst, zachytit a ukotvit. Toto prvotne lano bude tenke s malou nosnostou (pretoze len tak mozme zabezpecit, ze cele lano mozme na jeden start dopravit na obeznu drahu. Skladanie hrubsieho lana z viacerych casti az na orbite je riskantne, pretoze taketo technologie nie su na obeznej drahe odskusane a boli by velmi narocne a nespolahlive). Po tomto tenkom lane sa zacnu splhat (celkovo 207 kusov) prvotnych climberov ktore budu mat naklad dalsich vrstiev lana, a budu lano rozsirovat. Po spevneni lana sa kazdy z 207 climberov zaparkuje na konci lana a bude tak tvorit potrebnu protivahu/zavazie (spolu s prvotnou druzicou ktora vyviezla povodne lano a bude tiez zaparkovana na konci lana).

Problemy a ich navrhovane riesenie:

0. Dostatocne pevny material v potrebnej dlzke.
Najvacsim problemom, ktory znemoznoval postavit vytah po cely ten cas, bola neexistencia dostatocne pevneho a lahkeho materialu, ktory by vydrzal extremny tah.
Vsetko sa zmenilo objavom japonskych vedcov z roku 1991, ktori vyrobili tzv. uhlikove nanotrubicky (carbon nanotubes). Ide o novu strukturu uhlikovych atomov (po tuhe, diamante a napr. C60), kde su uhlikove atomy stocene v jednoatomovej vrstve do akejsi rurky. Tento material je extremne pevny v tahu (60 x pevnejsi ako ocel) a lahky (hustota len o nieco viac ako hustota vody). Tieto dve vlastnosti mu umoznuju vydrzat aj tah (a s dostatocnou rezervou) lana vesmirneho vytahu. Material uz teda mame, treba este pokracovat vo vyskume aby sa dal vyrobit v dostatocnej dlzke cca 91 000 km, co iste este prinesie nejedno prekvapenie a potrebu vyskumu. Material vsak existuje, a vyvoj velmi rychlo napreduje.

1. Pocasie (vietor, blesky, dazd...)
V najnizsej vyske nad povrchom je samozrejme problemom atmosfera. Vypoctom sa da zistit, zavisiac od pouziteho dizajnu lana (ktory zas zavisi od inych veci ako napr. pevnost lana, odolnost voci mechanickemu poskodeniu vplyvom pohybujuceho sa nakladu atd), aka je maximalna pripustna rychlost vetra, ktora este nesposobi roztrhnutie lana. Tato rychlost je dost velka - ohrozil by ho az hurikan.
Cele sa to riesi tak, ze sa vyberie vhodna lokalita na Zemi. Podla dlhodobych meteorologickych a klimatologickych zaznamov/vyskumov najvhodnejsia lokalita na umiesnenie vesmirneho vytahu v oblasti zapadne od Galapagskych ostrov (zapadne od Juznej ameriky, patria Ekvadoru, su zname najma vdaka Charlesovi Darwinovi). Tato oblast je vhodna aj z druheho dovodu - oblacnosti. Pohon climberov ("splhacov" - vozidiel vynasajucich po lane naklad) bude totiz zabezpeceny laserovym prenosom energie - climber bude mat maly disk ktorym bude prijimat energiu z vysielaca na kotviacej plosine. Ta bude pohanat eletricky motor. Tato technologia je uz v znacnom stadiu rozpracovania a otestovana a teda netreba vyvijat nijaku zbrusu novu technologiu.
Blesky sa riesia rovnako - aj ked by sme uhlikove vlakna pokryli nevodivym materialom, pocas burky a dazda sa voda na lane stava vodivou a blesk lano moze znicit. Preto vytah bude v oblasti kde sa blesky nevyskytuju - zapadne od Galapag. Zriedkavym burkam (ktore sa nedaju celkm vylucit) sa bude dat jednoducho vyhnut presunom plavajucej kotviacej plosiny podla realnej meteorologickej situacie (monitorovanej samozrejme satelitmi).

2. Oxidacia atmosferickym kyslikom.
Nejedna sa o molekuly kyslika v atmosfere, jedna sa o nebezpecny jednoatomovy kyslik vo vyske niekolko stoviek km - je to velmi agresivna latka. Experimenty ukazuju, ze aj uhlikove nanotrubicky oxiduju (presne namerane hodnoty z experimentov su v grafoch v tych studiach co som sponimal). Riesenie - naniest na uhlikove nanotrubicky tenku vrstvu kovu. (napr z dlhodobych experimentov na obeznej drahe su preukazatelne odolne napr. zlato a aj ine materialy). Vahu lana to ovplyvni len minimalne, kedze to bude len usek niekolko sto kilometrov (co je malo oproti celkovej dlzke 91 000 km) a vrstva staci aby mala hrubku len niekolko mikrometrov.

3. Satelity na obeznej drahe.
Je jasne, ze satelity mozu narazit do lana pocas obehu. Existuje jasna databaza satelitov, takze nie je problem na tyzdne dopredu vyratat hrozbu zrazky. Lano bude mobilne - prave preto bude zakladna pohybliva (plavajuca plosina), a manevre sa budu robit tak aby sa predislo akymolvek zrazkam. Frekvencia manevrov bude stacit v rozumnych medziach, kedze satelitov je limitovane mnozstvo.

4. Odpad/debris na obeznej drahe.
V sucasnosti je na obeznej drahe mnozstvo odpadu. Ulomky stupnov rakiet, trosky so znicenych sond, stare nepouzivane satelity atd... V kazdom pripade mnoho desiatok tisic objektov o velkosti nad 1 cm. Nastastie, len na nizkej obeznej drahe (cca od 200 do 1000 km). Rieseni je viacero:

- monitorovanie trosiek. Dnes su trosky zmapovane do velkosti 10 cm (vsetky!). Kvoli ISS sa za 100 milionv dolarov rozbieha monitorovanie az do velkosti 1 cm. Podla teoretickych vypoctov (NASA ma na to specialny simulacny program, ktory je kalibrovany tym, co meraju ISS a raketoplany) vyplyva, ze vytah sa bude musiet vyhybat ulomkom vacsim ako 1 cm priblizne raz za den. To je akceptovatelna frekvencia v ramci unosnosti.
Trosky mensie ako 1 cm nepredstavuju vazny problem, pretoze aj ked ich pocet narasta a ich kineticka energia je stale znacna, nie su pre vytah nebezpecne, a to vdaka druhemu rieseniu:

- vhodny dizajn lana. V prvom rade sirka lana bude v kritickej vyske zdvojena. rovnako priemer a vzdialenosti medzi jednotlivymi vlaknami lana budu take, aby sa minimalizovala skoda sposobena mikrometeoritom/malym debrisom. Konretne grafy a obrazky su v studiach. Takisto dizajn lana nebude lano v pravom slova zmysle, ale bude to stuha - pojde o pas siroky jeden meter a tenky len cca dva milimetre. Okrem toho, pas nebude plochy, ale bude to polobluk. Vypocty jasne ukazuju (opat konkretne obrazky v studiach), ze takyto dizajn znizi nebezpecnost a velkost poskodenia o niekolko radov. Tento dizajn je velmi ucinny aj pri riziku mikrometeoritov.

5. Mikrometeority.
Ako som povedal, dizajn lana sirokeho jeden meter a hrubeho len dva milimetre prehnuteho do obluka zabezpeci zivotnost lana cca dvesto rokov. Vychadza sa z pozorovaneho vyskytu mikrometeoritov a malych trosiek na obeznej drahe za dlhe roky fungovania Mir-u, raketoplanov a teraz uz aj ISS.

6. Slnecne burky.
Slnecne burky mozu sposobit zvysenu radiaciu a poskodzovanie lana. Dizajn lana bude ucinny aj proti tymto poskodeniam.

7. Oscilacie lana.
Kedze lano je volne zavesene v priestore, je jasne ze vdaka posobeniu Mesiaca, SLnka, aj samotneho stupajuceho nakladu budu nastavat oscilacie.
Riesenie - vhodna frekvencia vystupujucich climberov (aby to bolo pre vytah nebezpecne, museli by stupat rychlostou mnohotisic km/hod, co je aj tak nerealne, realna rychlost stupania sa predpoklada cca 200 km/hod) a vhodna dlzka lana. Vypocty ukazuju, ze lano o dlzke cca 70 000 km by malo velke problemy vdaka rezonancnej frekvencii s obehom Mesiaca/rotaciou okolo Zeme. Navrhovane lano ma dlzku 91 000 km - je to vyhodne aj z hladiska oscilacii, aj z hladiska dostupnych cielov v Slnecnej sustave (s takto dlhym lanom sa bude dat bez pouzitia rakety dostat k Venusi, Mesiacu, Marsu a Jupiterovej sustave, co bohate staci. Dlhsie lano by umoznilo cestovat aj k dalsim planetam - cim dlhsie lano, tym vacsia obezna rychlost na jeho konci a teda sonda by mohla letiet aj k vzdialenejsim cielom - ale v sucasnosti by to nebolo rentabilne a ani velmi potrebne...)

8. Zahrievanie lana.
Lano sa bude prirodzene zahrievat jednak posobenim slnecneho ziarenia, jednak vystupujucimi climbermi, jednak oscilaciami a pnutiami v lane. Vypocty ukazuju, ze lano uvazovaneho dizajnu bez problemov vyziari vsetko ziarenie prirodzenym tepelnym vyzarovanim. Treba si vsak uvedomit, ze ak pojdeme s climberom vyssie ako je geostacionarna draha (napr. pri vypustani sond na Mesiac a k inym planetam), energiu nebudeme musiet na splhanie dodavat, ale energiu budeme dostavat! Rovnako ako aj pri znasani nakladu z obeznej drahy na Zem - climber bude musiet brzdit a teda energia sa bude uvolnovat. Tento prebytok energie a teda tepla sa bude riesit vyzarovanim, vedenim, alebo pripadne aj absorbciou do casti nakladu (napr. vodna zasoba, kedze voda ma velku kapacitu). Konverzia brzdnej energie na inu formu (ktora sa bude moct vyziarit) je pod intezivnym vyskumom. Je zaujimave, ze vlastne vytah bude (okrem straty trenim a rozdielom medzi vynesenym a znesenym nakladom) pracovat velmi lacno aj co sa tyka prevadzkovych nakladov na energiu, energeticky vyvazene! (samozrejme ked budeme energiu vyzarovat len tak do vesmiru tak aj tak bude potrebna na laserovy pohon climberov elektraren o vykone cca 20 MW - netreba vyvijat ziadnu novu technologiu, podobne zdroje maju uz aj dnesne ropne plosiny).

9. Ionosfera a jej vybijanie.
Ionosfera je oblast Zeme cca od 20 do 2000 km nad povrchom, ktora obsahuje ionizovane castice nesuce elektricky naboj (o nezanedbatelnom napati priblizne 300 V/m). Kedze lano bude mat istu vodivost, moze teoreticky tento naboj vybijat. Hustota ionosfery je vsak nizka, a analyza ukazuje, ze vybijanie bude vzhladom na vlastnosti lana (nizka vodivost, maly prierez...) a ionosfery velmi male, a len v okoli niekolko sto metrov od lana. Nehrozi teda ziaden problem s prilisnym zahrievanim lana vdaka tomuto efektu ani vybitie ionosfery z dlhodobeho hladiska. Samozrejme, pri konstrukcii climberov (najm apre ludi) sa bude musiet pocitat s existenciou ionosfery.

10. Teroristicky utok.
Toto bude tazky oriesok, ale riesitelny. Motivaciou pre teroristov nebudu skody na zivotoch, pretoze cele lano vazi len niekolko sto ton, pricom zautocit mozu realne len na jeho spodnu cast (aj keby zautocili nejakou druzicou - v planoch su samozrejme aj akcie typu "Pakistanska druzica, ktora dva roky plnila mierove vedecke ucely zrazu zmenila kurz priamo na lano..."), tak lano prerusia maximalne do vysky 1000 km, co je len nieco vyse stotiny celeho lana), takze na Zem v najhorsom pripade spadne niekolko ton lana,. Kedze lano je tenucke a lahucke, takmer vsetko zhori v atmosfere, cize celkovy destrukcny efekt je na urovni padajuceho harku kancelarskeho papiera. Zdravotne ucinky zhorenych uhlikovych nanotrubiciek (napr. pri vdychnuti) nevyzeraju byt skodlive, ale vyskum v tomto smere pokracuje.
Cize motivacia teroristov moze byt len ekonomicka - sposobit skody tym, ze sa znici ekonomicky vyhodny prostriedok na dopravu na obeznu drahu. Lenze - ak sa postavi prvy vytah (za cca 40 mld. $ v sucasnych cenach), tak druhy a dalsie vytahy budu ovela lacnejsie - pretoze uz nebude potrebny zlozity proces prvotneho vynasania na obeznu drahu pomocou klasickych rakiet. Predpokada sa postavenie niekolko desiatok vytahov, takze aj keby niektory(e) z nich boli znicene teroristickym utokom, znovunatiahnutie lana nebude velmi nakladne vzhladom na existenciu ostatnych vytahov. Tym padom teroristi stracaju dolezity prvok motivacie. Okrem toho, cela pohybliva plosina bude niekolkostokilometrov od akychkolvek leteckych liniek, takze jedina realna moznost je utok balistickou strelou alebo druzicou, nie lietadlom. Vsekto bude kontrolovat samozrejme americka (ci ina) armada.
Okrem toho - po postaveni prveho vytahu sa postavia dalsie, ale uz pre komercne firmy a pre ine staty. Takze nebude to majetok americanov, ale trebars aj inych krajin voci ktorym teroristi nebudu mat motivaciu utocit.

11. Neexistujuce technologie - utopia?
Velkou vyhodou tohto projektu oproti mnohym inym je, ze nestavia na neexistujucich technologiach. Vsetko od kotviacej plosiny (typu ropna plosina a existujuci projekt Sea Launch), cez vyrobu energie a jej laserovy prenos, elektricky pohon climberov, prvotne vynesenie potrebnych veci na obeznu drahu pomocu raketoplanov a existujucich nosicov atd atd, su existujuce technologie, pripadne technologie pod znacne rozvinutym stavom vyvoja (samozrejme nie kvoli Space elevatoru).
Samozrejme kedze vytah bude jedinecny, velke mnostvo vyskumu sa bude musiet uskutocnit, ale dolezite je, ze principialny problem neexistuje.
Existuju len dve veci, ktore zatial vyraznejsie nie su doriesene:

- nevyrobili sme este dostatocne dlhe lano z nanotrubiciek. Toto je vsak vzhladom na vyvoj v tejto oblasti len otazka niekolkych rokov. Doterajsie experimenty dokazuju, ze lano sa bude dat vyrobit a aj jeho pevnost bude dostatocna na udrzanie obrovskeho tahu, ktory bude na lano posobit (cca 60 GPa!).

- neexistuje ziadna ochrana cloveka pred kozmickym ziarenim pocas vystupu na geostacionarnu drahu. To je pravda - kedze rychlost vystupu na vytahu je cca 200 km/hod, na geostacionarnu drahu to moze trvat az vyse tyzdna. Na nizkej obeznej drahe (pod cca 1000 km) to nie je az taky problem ved tam kozmonauti travia tyzdne aj roky uz dnes. Problem je ak chceme ist vyssie - na geostacionarnu drahu a dalej (k Marsu atd) treba prekrocit tzv. val Allenove radiacne pasy okolo Zeme. Tienenie kovovymy listami je velmi narocne na vahu, a teda bude mozne takto ludi vozit na geostacionarnu orbitu az ked bude postaveny vytah s vacsou kapacitou (prvotny bude mat kapacitu cca 20 ton za tri dni) - za par rokov sa da vytah upgradnut na nosnost 1000 ton nakladu za cca tri dni. Aj tak vsak tato metoda nebude velmi efektivna, a preto sa musi vyvinut elektromagneticke tienenie. To je vsak este len v plienkach, na rozdiel od vsetkych inych sucasti projektu.

Ovsem vynasanie nakladu a ludi su dve odlisne veci, koniec koncov, vesmirny vytah nie je ziadnou konkurenciou pre raketove pohony, naopak, je ich spojencom. Vdaka kozmickemu vytahu budeme moct skonstruovat priamo na obeznej drahe velke kozmicke lode, stanice a sondy, o hmotnosti stoviek a tisicov ton. Budeme moct postavit silne raketove (a ine) motory na cestovanie vesmirom, nielen na vynasanie na obeznu drahu so vsetkymi problemami, ktore su s tym spojene. A vsetko velmi lacno.


Takze - vesmirny vytah je realny projekt na ktorom pracuju vedci z roznych prestiznych vedeckych institucii a ktory uz presiel prvotnymi kritickymi fazami v stadiu studie. Treba si uz len pockat niekolko rokov na vyrobu samotneho lana (Japonci zatial su schopni produkovat 120 ton uhlikovych nanotrubiciek obmedzneje dlzky za rok) a najma venovat sa naplno vyvoju.

Niekolko dodatkov - kompletne odhadovane naklady na prvy vytah (vratane vyvoja, vynesenia na obeznu drahu, prevadzky a vsetkeho s tym suvisiaceho) su cca 40. miliard dolarov. Doba stavby cca 10 rokov (vratane vyvoja). (Porovnajte napr. so 60 mld. $ ktore bude stat medzinarodna vesmirna stanica ISS). Druhy vytah sa bude dat postavit lacnejsie, cca 13 mld. $, uz len za niekolko rokov, treti vytah este lacnejsie a rychlejsie tak ako sa bude zvysovat kapacita predchadzajucich vytahov. Atd.
Treba si uvedomit, ze ak bude postaveny prvy funkcny vytah, tak kozmonautika zaznamena obrovsky boom dopredu - kedze doprava na obeznu drahu neuveritelne zlacnie (niekolkostoviek krat), bude vesmir pristupny aj sukromnym firmam a jednotlivcom.
Navyse, vdaka vytahu bude niekolkotisicnasobne lacnejsie dostat sa k Marsu. Existuju uz aj projekty vesmirneho vytahu na Marse, ktory ma viacere specifika v porovnani so Zemou - mensia gravitacia, mensi polomer, dva kruziace mesiaciky Fobos a Deimos. Vysledok - vytah bude menej narocny ako na Zemi, bude kratsi (pritom s rovnakou kapacitou ako pozemsky), tensia atmosfera, ziaden ludsky debris na obeznej drahe.... Ukotvenie bude napr. na Mons Olympus (najvacsia neaktivna sopka v slnecnej sustave), cim sa vyhneme Fobosu a Deimosu.

Viete si predtavit aky pokrok bude znamenat ked na Mars budete moct dopravit material za stotisicnasobne mensiu sumu ako teraz? Az to bude zaciatok naozajstnej kolonizacie Marsu, nie teraz z chemickymi raketami.

Na zaver - toto je podla mojich vedomosti najpodrobnejsi popis projektu vesmirneho vytahu v slovencine alebo cestine, napriek tomu som nemohol pokryt celu sirku problematiky. Ovela vycerpavajucejsiu odpoved najdete v originalnej studii z ktorej som vychadzal a aj z prispevkov na konferenciach tykajucich sa vytahu.

Ak ste sa docitali az sem a podarilo sa mi vo vas vzbudit aspon stipku zaujmu o tento projekt, nelutujem jednu obednajsiu prestavku a vynechany obed ktore som venoval napisaniu tohto prispevku.

Per aspera ad astra! (Cez prekazky k hviezdam!)



Zdroje (aj s grafmi a obrazkami):

Podrobna studia urcena aj sirsej verejnosti obsahujuca grafy a konkretne udaje (anglicky),

Prezentacie na poslednej konferencii o vesmirnom vytahu (anglicky),

FAQ o Space elevatore

a viacero dalsich.

[Darkmoor]

Duro Kotulic Bunta

Díky moc, bylo to velice zajímavé a dočetl sem až do konce, ale poobědvat jsi měl.
PS: Doufám, že nevadí, že jsem si ukradl moto

[Lord_Scoorpion]

Taky díky za skvělej příspěk, zkoušel sem hledat na googlu, ale s tímto se to nedá srovnávat, takhle pěkně shrnutý a popsaný na jednom místě to je skvělá věc pro ty co se o to zajímají a neumí anglicky natolik aby byli schopni se o tom něco dozvědět z anglickejch textů. Ještě jednou díky .

[Honza]

Diky za pekne shrnuti a taky za vyborne odkazy - az budu mit cas, prostuduji.
Jen mne zajima, jak se bude dopravovat kabina dolu pote, co vyveze naklad. Chapu to tak, ze nahoru se bude tlacit laserem, ale jak dolu.
Jeste jsem mel nejaky technicky dotaz, ale uz jsem ho zapomnel - tak snad priste...

[Honasss]

Perfektní počtení díky.

Něco k objevu fullerenu (C60) zde

Každopádně by mě zajímalo jestli ty gravitační a "antigravitační" síly budou stačit i na silnější větry (jet stream) cca ve 12km.

[trux]

Diky za pekne shrnuti a taky za vyborne odkazy - az budu mit cas, prostuduji.
Jen mne zajima, jak se bude dopravovat kabina dolu pote, co vyveze naklad. Chapu to tak, ze nahoru se bude tlacit laserem, ale jak dolu.
Jeste jsem mel nejaky technicky dotaz, ale uz jsem ho zapomnel - tak snad priste...

Ne, laserem se to nebude tlacit. To by nebylo mozne - nez by tlak svetla prekonal gravitaci, tak by davno ten vytah sezehl na skvarek. Tak silny laser neexistuje a ani by ho zadna elektrarna neutahla. Laser se pouziva jen na prenos energie, ktera se prevede ze svetla zase zpet na elektrinu a pak bude pohanet motory umistene na vytahu. Motory se pouzivaji k prekonavani gravitace i odstredive sily, k pohonu i k brzedni (jako u lokomotiv nebo tramvaji). Cestou nahoru nejdriv tahnou (prekonavani gravitace), pak brzdi (mirneni odstedive sily). Stejne tak pri ceste dolu - nejdriv prekonavaji odstredivou silu (pohon), pak gravitaci (brzdi).

Prenos energie laserem sice take neni zrovna nejefektivnejsi, ale tahat za sebou kabely fakt nejde. Navic, pri te delce by ty ztraty byl stejne znacne. Dalsi moznosti by byla smycka s pohonem na Zemi, jako u lanovky, ale to je technicky taktez neschudne.

[Duro Kotulic Bunta]

Som rad, ze vas to zaujalo - myslim, ze kvalitne a zaujimave projekty potrebuju propagaciu.
Ked to trocha prerobim, doplnim par odstavcov a obrazkov aby to bolo ucelenejsie, tak nakoniec mozno aj bude clanok...

Honzo - presne ako Trux odpovedal, laser bude sluzit len na prenos energie zo Zeme na climber, ktory takto ziska energiu pre elektromotor. Ucinnost je cca 30%, co nie je vela, ale jednak sa moze vyvojom zlepsit a jednak staci aj takato ucinnost, kedze climber nebude ziadna obrovska opacha potrebujuca extremne vykony. Uz som doplnil kratku vetu do povodneho textu, aby ked si to ostatni precitaju, bol jasny system pohonu. (to ze som prehliadol ze tato info tam nie je podana, je dosledok kratkosti obednej prestavky )

Honass - jet streams su dost rychle a vytravale, ale myslim ze v 12 km ich kineticka energia nie je uz prilis velka najma vzhladom na nizsi tlak/hustotu vzduchu. A najma - v nizsej casti lana sa pocita s jeho vyrazne inym dizajnom - bude hrubsie a uzsie (len cca 5 cm namiesto 1 m), cim sa vyrazne znizi plocha do ktorej sa vietor moze opriet.

[mkj]

Pánové, jsem velký příznivec výtahu od tý doby, co jsem četl Rajské fontány od A.C.Clarka.
V tom obdivu jste ale pozapoměli na jeden fyzikální problém. Není to z mý makovice, kdesi jsem to četl ale jedná se zhruba o to, že když po laně poženete něco těžkého vzhůru, bude ta věc mít snahu zachovat směr kolmo od koule ale ta se mezi tím otáčí. Pokud tedy climberu neudělíte také zrychlení ve směru otáčení zeměkoule, a to je s výškou opravdu řádné, bude climber vychylovat lano proti směru otáčení a to by vyústilo v "namotání" lana na zeměkouli.

Hele, takhle to chápu jako laik, byť nadšený. Celý ten jev je přesně pojmenován po někom, kdo na to přišel. Nevíte o tom někdo něco víc?

M.K.J.

[MadChicken]

Není to z mý makovice, kdesi jsem to četl ale jedná se zhruba o to, že když po laně poženete něco těžkého vzhůru, bude ta věc mít snahu zachovat směr kolmo od koule ale ta se mezi tím otáčí. Pokud tedy climberu neudělíte také zrychlení ve směru otáčení zeměkoule, a to je s výškou opravdu řádné, bude climber vychylovat lano proti směru otáčení a to by vyústilo v "namotání" lana na zeměkouli.

Přečti si ten příspěvek od Dura ještě jednou a pozorně Přesně na tenhle problém tam upozorňuje. Právě kvůli tomu, že si hodně lidí nepozorně čte informace anebo je čerpá z neobjektivních zdrojů, vznikají podobné fámy...

Bez problemov potom mozme vytahovat naklad bez toho, zeby nam lano spadlo alebo zeby sa namotalo na Zem, pretoze tato prebytovna odstrediva sila ho bude stale "narovnavat". Tym sa eliminuje aj tzv. Coriolisova sila, ktora bude posobit na lano pocas vytahovania nakladu, a na ktorej existenciu sa odvolava vacsina ludi, ktori su proti existencii vytahu. Toto je velmi strucne popisany fyzikalny princip, nie je na nom uz nic nevyriesene.

[Duro Kotulic Bunta]

Presne tak, jedna sa o Coriolisovu silu. Myslim, ze som to neformuloval v tom texte dostatocne vystizne, takze ak napisem nejaky clanok tak to zformulujem inak.

Je to zakladny argument odporcov vytahu, lenze ten je davno vyrieseny - ako som povedal, to, ze vytah bude mat tazisko o nieco vyssie ako je geostacionarna draha (to sa docieli uplne jednoducho napr. miernym zvysenim hmotnosti zavazia na konci vytahu alebo upravou jeho celkovej dlzky), bude na neho posobit neustale odstrediva sila (ale bude ukotveny), ktora ho bude udrziavat co najviac rovny. Tato odstrediva sila bude rovnako eliminovat aj Coriolisovu silu, o ktorej som pisal a je to presne to, co popisuje mkj. Lano sa samozrejme vplyvom snahy nakladu zostat kolmo na povodny povrch vychyli, ale len do istej malej miery (velkost vychylky sa da samozrejme vypocitat), pretoze odstrediva sila mu to viac nedovoli. Vysledkom je, ze nakladu sa bez toho zeby sa vytah namotal na Zem udeli dodatocne zrychlenie (velke!), a to vsetko na ukor rotacnej energie Zeme (ale nemajte obavy o spomalenie rotacie Zeme, to by sme museli vyniest prinajmensom cele oceany a pohoria, ci kontinenty).

Takze, mkj, bud kludny, vesmirny vytah nema ziaden fyzikalny problem v jeho principe, vsetko uz je len otazka vyvinutia potrebnych technologii a prekonania mensich problemov. Koncept vytahu je vsak v poriadku, a uskutocnitelny.

Este dva dodatky -
v tom texte som neuviedol jeden dalsi problem - ionosfera a jej vybijanie. Doplnim to (studie sa venovali aj tomuto).
A v jednej z reakcii som tu napisal, ze sucasna ucinnost prenosu energie laserom je 30%, ale je mensia. V studii sa pocita s 2%, ktore sa dosiahli pri doterajsich experimentoch. Je to dostacujuca ucinnost.

EDIT:
doplnil som pasaz o Coriolisovej sile a doplnil som bod "9. Ionosfera a jej vybijanie".

[Duro Kotulic Bunta]

Honass, s tymi jet streams som sa na to troska pozrel, okrem toho co som povedal (ze dizajn lana je v spodnej casti vyrazne upraveny tak aby malo co najmensiu plochu pri nezmenej pevnosti aby sa minimalizoval tlak vetra) vyzera ze jet streams sa vyskytuju najma v okoli polov a potom v subtropickych zonach.
Vytah by vsak mal byt (a bude) umiestneny v blizkosti rovnika, tam by sa podla vsetkeho silne jet streams nemali vyskytovat. Okrem toho sa daju lokalizovat a podobne ako hurikanom by sa im kotviaca plosina aj s lanom vyhli ak by sa povedzme nebezpecne priblizili zo subtropickej zony a boli by prilis intenzivne.

Honzo, nevies nieco blizsie o geografickom vyskyte jet streams? Info co som nasiel je to co som povedal...

[Honasss]

Přidávám něco co jsem našel k Jet Stream (tryskové proudění):

Vzniká v oblastech, kde jsou hluboké tlakové níže a vedle nich výrazné tlakové výše. Je to silné proudění vzduchu ve tvaru zploštělé trubice, které se zpravidla vyskytuje ve výškách okolo 10 km a je charakterizováno nejen velkými rychlostmi, ale i velkými horizontálními a vertikálními změnami rychlosti větru. Podle definice musí být rychlost větru uvnitř jet streamu vyšší než 30 m/s (108 km/h, extremně dosahuje rychlosti 500km/h), horizontální střih větru alespoň 5 m/s na 100 km a vertikální střih větru 5 až 10 m/s na 1 km. Horizontální rozměry podél osy tryskového proudění jsou tisíce km a vertikální rozměry jsou jednotky km. Výskyt tryskového proudění je vázán na výškovou frontální zónu. Nad naším územím byly naměřeny rychlosti 300km/h.

Takhle nějak to vypadá z výšky



Jet strems jsou polarní a subtropické a během roku se posouvají , ale je pravdou, že kolem rovníku se nevyskytují.

Proudění bylo objeveno letci během Druhé světové války. Tryskové proudění má značný význam v letecké dopravě, respektive letectví, protože usnadňuje let a snižuje náklady na množství spotřebovaného paliva - to platí při letu s tryskovým prouděním. Pokud letadlo letí proti tryskovému proudění, pak se zvyšuje spotřeba a roste čas potřebný k přepravě.

[Duro Kotulic Bunta]

Zaujimave, chcel by som vidiet Jet Streams na Venusi ak take ma.

Kazdopadne, vyzera, ze vesmirny vytah nebude mat s tymito vecami do cinenia, kedze ani v januari sa az k rovniku nepriblizia. Navyse, aj keby sa to z nejakej extrmnej priciny stalo (mozno El Nino alebo v buducnosti nejake neocakavane nove javy), tak kedze su lokalizovane len v pase sirokom niekolko km tak sa im bude dat bez problemov vyhnut este lahsie ako hurikanom...

Pravdepodobne preto sa ani v tych studiach o vytahu tento problem nerozobera.

Ked uz sme sa ale o tom rozhovorili, tak sa v nich rozobera prave El Nino, ktory moze dost zkomplikovat situaciu bezoblacnosti, co bude vadit laserovemu prenosu energie na climber.
Rieseni je (opat:) viacero - najma zabezpecit viacero laserovych central, nielen dole na kotviacej plosine ale aj na uplne nezavislych miestach napr. kontinetalneho USA ci inde. Ak by nastal vypadok (oblacnost) v jednej laserovej stanici, moze pohon climberu prevziat druha ci ine zalozne...

Dalsie, trocha narocnejsie a drahsie riesenie, je umiestnit na lano balonovu plosinu vo vyske nad oblacnostou (taketo velke vysokoletiace balonove pozorovatelne uz existuju), na ktorej by bol umiestneny laser. Ma to vsak viacero nevyhod (doprava energie na balonovu zakladnu, prevadzka, zatazenie lana atd atd), viac potrebneho vyskumu oproti zaloznym pozemskym staniciam.

Takze proti El Ninu bude najlepsie pouzit asi zalozne pozemske laserove stanice.

[Darkmoor]

Možná to tu někde řešené bylo a já to jen přehlédl, ale chtěl sem se zeptat.
Nebylo by možné vybudovat v cílové stanici výtahu cca 91000km od povrchu, výkonnou solární elektrárnu, která by dodávala energii pro pohon??

[trux]

S tou Coriolisovou silou je to trochu jinak, nez tvrdi oponenti vytahu. Coriolisova sila vlastne neni nic jineho nez aplikace setrvacnosti, lepe receno setrvacnost povrchove rychlosti. Je sice pravda ze teleso umistene v absolutnim stredu rotujiciho kruhu nebo telesa ma nulovou povrchovou (tecnou) rychlost = nulovy polomer znamena nulovou drahu pri libovolnych otackach, a tudiz i nulovou povrchovou rychlost, a tim padem ma tendeci stoupat kolmo vzhuru. To vsak zdaleka neni pravda u odstrediveho pohybu z povrchu koule jako je Zeme. Na rovniku je povrchova rychlost temer 1700 km/h (40000km/24h = 1666km/h), tzn. skoro pul kilometru za sekundu. Kdyby tedy byla pravda, ze telesa stoupaji z rotujici koule kolmo, stacilo by povyskocit a ocitl by jsi se hned o par set metru dal, protoze by se Zemekoule mezitim pod tebou o ten kus otocila

Pri odstredivem pohybu z rotujiciho telesa proste plati zakony setrvacnosti uplne stejne jako kdekoli jinde. Kdyz mas povrchovou rychlost 1666km a vyskocis, setrvacnosti se neustale pohybujes tecnou rychlosti 1666km/h. Kdyz tedy zmenis vysku (polomer od stredu rotace) o 1 metr, dostanes se na obvod o 2PI*1m = 6.28m delsi, coz pri obvodu rovniku Zeme 40,000,000 metru je nepozorovatelne. Dokonce i pri zvednuti nakladu na orbit, ktery je kolem 300km, jde jen o velmi maly rozdil:

Polomer Zeme: ~6.366 km
Rychlost na povrchu: 2*PI*6.366km / 24h = 1666 km/h
Rychlost na lane ve vysi 300km: 2*PI*(6.366+300)km / 24h = 1745 km/h

To znamena, ze pri vytazeni nakladu do 300km je rozdil rychlosti, tedy setrvacnost, kterou je potreba prekonat, priblizne 80km/h. Navic, v dolni casti se vytah pohybuje v atmosfere, ktera rotuje se Zemi a tedy ho take unasi. Sila a rychlost vetru je v atmosfere nesrovnatelne vetsi nez vliv Coriolisovy sily. Velikost zrychleni potrebneho k prekonani tech 80km/h rozdilu na obou urovnich je dale zavisla na rychlosti vystupu. Rekneme, ze do 300km bude vytah stoupat 3 hodiny (maximalni rychlost vytahu bude vyssi, ale bude se pohybovat jen s omezenym zrychlenim, takze pro zjednoduseni beru prumernou konstantni rychlost stoupani 100km/h). To reprezenutje zmenu rychlosti o 80km/h za 3 hodiny, neboli zrychleni ~25km/h^2 ~= 0.002 m/s^2, coz je velmi zanedbatelne zrychleni. Sila potrebna k jeho prekonani (m*a) je pri 10t nakladu rovna 10,000 kg * 0.002 ms^-2= 20 Newtonu - to je skutecny prd. Tato brzdici setrvacna Coriolisova sila se prenese na lano, a to stejnym zpusobem jako kdyz nesete bremeno na dlouhe tyci - podle umisteni bremena, ten ktery ho ma bliz nese vetsi cast, nez ten, ktery je od nej dal. To znamena, ze pri delce lana ~100,000km a vytazeni do 300km, na zacatku 100% a na konci 99.7% sily (tedy temer cela) se prenese na zakladnu na Zemi (resp na vode), kde by se tech 20N dalo prekonat rucnim padlovanim, ale vzhledem k morskym a vzdusnym proudum je to naprosto zanedbatelny vliv. Zbytkova sila, ktera se prenasi na "visici" cast lana, je temer zanedbatelna, a da se velmi snadno kompenzovat malym raketovym pohonem na plosine na konci lana. Ten tam stejne bude muset byt nejen kvuli kompenzaci Coriolisovy sily, ale i kvuli vyhybnym manevrovacim pohybum a udrzbe.

Dalsim faktorem zmensujicim vliv Coriolisovy sily, je fakt, ze vytah pojede jak nahoru, tak i zpet dolu, kdy diky setrvacnosti pusobi naopak zase na druhou stranu a tim tedy vychyleni lana zase kompenzuje. Dolu sice vytah vetsinou pojede bez nakladu, tedy bude na lano pusobit mensi silou, ale urcitou cast to prece jen vyrusi.

Ted je otazka, jestli se naklady budou vytahovat jen par set kilometru, na geostacionarni drahu, nebo az na konec lana. Odpoved je, ze to bude zalezet na ruznych okolnostech. Kdyz se naklad vytahne jen do 300 km, na lanu ma naprosto nedostatecnou obvodovou rychlost, takze by spadnul zpet na Zem, kdyby se vypustil bez silneho raketoveho motoru. Budou se tedy tahat vyse, a pak se urychli kombinaci gravitace a pomerne maleho raketoveho pohonu a umisti na potrebny orbit. Stale ale zustane ta vzdalenost od Zeme, kam se to bude vytahovat, mensi nez vzdalenost od konce lana, a tim padem vliv Coriolisovy sily se prenese predevsim na zakladnu. Jen nektere naklady budou stoupat vyse, nez je geostacionarni draha (~35,000km), a jeste mene jich pojede az na plosinu na konci lana. Tam se bude jezdit predevsim kvuli udrzbe (napr. prave palivo na udrzovani polohy) a s nakladem pro lunarni nebo meziplanetarni lety (ale pro ty se spise bude pouzivat jeste delsi lano).