همه چیز درباره آسانسور فضایی و احتمال سقوط آن+فیلم

آسانسور فضایی (Space Elevator) همان‌طور که از نامش پیداست، نوعی آسانسور است که بشر را به فضا می‌برد و محققان امیدوارند به کمک آن، محموله‌ها را بدون سروصدا و آتش‌بازی حامل‌های گران‌قیمت به فضا ارسال کنند. طرح آسانسور فضایی این قابلیت را دارد که جایگزینی مناسب و کم‌هزینه برای فضاپیماهای امروزی باشد و تبدیل به وسیله اصلی حمل‌ونقل برای سفرهای فضایی شود. حتی فضاپیماها را می‌توان از طریق آسانسور فضایی به مدار منتقل کرد تا از آنجا به مقصد اصلی خود در فضا حرکت کنند.

در همین رابطه بخوانید: ایده آسانسور فضایی پیاده‌سازی می‌شود

به‌طور مثال برای رساندن جسمی یک کیلوگرمی به مدار لئو (نزدیک زمین) باید آن را تا ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری زمین بالا برد، اما اگر فقط ارتفاع افزایش یابد، جسم مذکور به مدت طولانی در فضا باقی نخواهد ماند و به سمت زمین بازمی‌گردد. در‌ ‌نتیجه برای آنکه این جسم در مدار باقی بماند، باید با سرعتی بالا به حرکت دربیاید.

اگر بر‌ فراز برجی ۴۰۰ کیلومتری ایستاده باشید که پایه‌ آن جایی در استوای زمین قرار گرفته است، به علت چرخش زمین در‌ حال حرکت خواهید بود. از آنجا که زمین تقریبا یک بار در روز می‌چرخد، سرعت زاویه‌ای (Angular Velocity) آن که نرخ تغییر موقعیت زاویه‌ای ذره حول مرکز آن است، ۷٫۲۹ در ۵-۱۰ رادیان بر ثانیه تخمین زده می‌شود. پس این امکان وجود دارد که به اندازه‌‌ای دور شوید تا چرخش زمین، سرعت مداری (Orbital Speed) مورد نیاز را برای ماندن در مدار اطراف سیاره به شما بدهد. سرعت مداری، داشتن سرعت کافی برای یک سیاره یا ماهواره است که سبب باقی‌ ماندن آن در مدار بر گرد مرکز یا پایه گرانشی خود می‌شود.

این نکته را نیز در نظر داشته باشید که حامل‌های فضایی علاوه بر جسم یک کیلوگرمی، سوخت خود را نیز حمل می‌کنند. این سوخت تا وقتی مصرف نشده باشد، وزن اضافی محسوب می‌شود. برای اغلب حامل‌ها، تا ۸۵ درصد از وزن کلی می‌تواند صرفا به سوخت مربوط باشد که نیازمندی به این حجم از سوخت، بازدهی را به‌ شدت پایین می‌آورد.

در همین رابطه بخوانید: ساخت آسانسور فضایی تا ماه و مریخ

همچنین نمی‌توان به‌ راحتی سازه‌ای را با ارتفاع ۴۰۰ کیلومتر از فولاد بسازید. چون ساخت چنین برج مرتفعی به حجم بسیار زیادی از مواد احتیاج خواهد داشت و وزن آن، احتمالا قسمت‌های پایینی برج را فشرده و از هم متلاشی می‌کند.

در خصوص ساخت آسانسور فضایی تا مدار ژئو (حدود ۳۶ هزار کیلومتری زمین) که از طریق کابل بالا و پایین می‌رود، به ۴۲ هزار کیلومتر کابل نیاز است. هر چه کابل طولانی‌تر باشد، احتمال تاب خوردن و پاره شدن آن به دلیل عوامل بیرونی مثل بادهای شدید و زمین‌لرزه بیشتر می‌شود. در حال حاضر موادی که بتوانند استحکام چنین سازه عظیم و طویلی را تضمین کرده و قیمت معقولی هم داشته باشند، وجود ندارند. همچنین تا به حال ماده‌ای کشف نشده است که بتواند مشکل تحمل وزن آن را برطرف کند.

با فرض اینکه موانع فوق از سر راه برداشته شوند، با مانع دیگری به نام زباله‌های فضایی مواجه می‌شویم. ایستگاه فضایی بین‌المللی همواره در معرض برخورد با این زباله‌ها قرار دارد و برای رفع این مشکل به کمک موتورهایش تغییر مسیر می‌دهد، اما آسانسور فضایی ثابت است و در نتیجه طعمه خوبی برای زباله‌های فضایی خواهد بود. شاید بهتر است بشر قبل از احداث آسانسور فضایی به فکر تمیز کردن مدار زمین از زباله‌هایی باشد که با سرعت بیش از ۳۰ هزار کیلومتر بر ساعت در حال حرکت هستند.

سقوط آسانسور فضایی چگونه خواهد بود؟

کابل را به گونه‌ای در نظر می‌گیریم که از ۱۰۰ قطعه‌ مجزا تشکیل شده است و هر قطعه به دور زمین با همان سرعت زاویه‌ای سیاره شروع به حرکت می‌کند. در کابل آسانسور فضایی واقعی، مقداری نیروی کششی بین قطعه‌ها وجود دارد، اما صرفا به منظور سادگی در مدل هر قطعه فقط نیروی گرانشی ناشی از برهم‌کنش با زمین را خواهد داشت. اکنون با محاسبه‌ها می‌توان حرکت این ۱۰۰ قطعه‌ مجزای کابل را مدل‌سازی کرد تا فهمید در‌ صورت سقوط آن‌ها چه اتفاقی رخ می‌دهد.

بخش پایین کابل روی زمین سقوط می‌کند و احتمالا خسارتی شدید به بار می‌آورد. در این مدل، اگرچه کابل با کل طول خود می‌تواند حین سقوط تقریبا تمام محیط زمین را که ۴۰ هزار کیلومتر است بپوشاند، اما فقط حدود یک‌ سوم از مسیر پیرامون استوا را فرا می‌گیرد. برخی از بخش‌های کابل ممکن است اصلا به سطح زمین برخورد نکنند. اگر سقوط قطعه‌ها به اندازه‌ کافی از ارتفاع بالا آغاز شود، سرعت آن‌ها با نزدیک‌تر شدن به سطح افزایش خواهد یافت. این احتمال وجود دارد که قطعه‌ها آن‌قدر سرعت بگیرند تا به مداری غیردایره‌ای پیرامون زمین وارد شوند.

اگر کابل هنوز سالم باشد، آنگاه هر قطعه می‌تواند دیگر قطعه‌های مجاور را بکشد. این اتفاق موجب می‌شود که بخش‌های بیشتری از کابل روی زمین سقوط کنند، اما در مقطعی نیروهای واردشده آن‌قدر قدرتمند خواهند شد که کابل را متلاشی می‌کنند. سقوط کابل همچنان به شکل‌گیری زباله‌های فضایی ختم خواهد شد؛ در‌ نتیجه نه‌تنها ساخت آسانسور فضایی بسیار مشکل است، بلکه پارگی و سقوط کابل آن پیامد خوبی نخواهد داشت.

آسانسور فضایی رویایی است که مانند رویای پرواز یا رویای سفر به ماه در ذهن نویسندگان داستان‌های علمی-تخیلی و دانشمندان شکل گرفت و حالا در حال نزدیک‌تر شدن به واقعیت است. با اینکه دستیابی به چنین سازه‌ای در حال حاضر دور از انتظار به نظر می‌رسد، اما چون محاسبه‌ها و نظریه‌ها دستیابی به آن را امکان‌پذیر می‌دانند، شاید زمینه تحقق چنین ایده‌ای در آینده نه‌چندان دور فراهم شود.