Budeme raz chodiť na Mesiac vesmírnym výťahom?

Keď sa v 60. rokoch minulého storočia začalo s výskumom vesmíru, vynesenie jedného kilogramu nákladu na nízku obežnú dráhu Zeme stálo až 80 000 dolárov. Hlavným dôvodom týchto vysokých nákladov bola potreba postaviť pre každý štart novú a drahú raketu. Začalo sa to meniť, keď spoločnosť SpaceX začala vyrábať lacné, opakovane použiteľné rakety. Dnes táto spoločnosť dopravuje náklad zákazníkov na nízku obežnú dráhu za cenu len 1300 USD za kilogram. Vďaka tomu sa vesmír stáva dostupným pre vedcov, startupy a turistov, ktorí si to predtým nemohli dovoliť.

No najlacnejším spôsobom, ako sa dostať na obežnú dráhu, nemusí byť vôbec raketa – môže to byť výťah. S myšlienkou vesmírneho výťahu prvýkrát prišiel ruský vedec Konstantin Ciolkovskij v roku 1895, ktorý po návšteve Eiffelovej veže vysokej 305 m uverejnil článok, v ktorom teoreticky uvažoval o konštrukcii vysokej 35 400 km. To by umožnilo prístup na geostacionárnu obežnú dráhu, teda do výšky, v ktorej objekty zdanlivo zostávajú pevne nad zemským povrchom. Ciolkovskij však pripustil, že žiadny materiál by neudržal hmotnosť takejto veže.

V roku 1959 ruský inžinier Jurij N. Arcutanov navrhol spôsob, ako tento problém obísť: nestavať vesmírny výťah od zeme, ale začať odvrchu. Konkrétne navrhol umiestniť družicu na geostacionárnu obežnú dráhu a spustiť z nej lano až k zemskému rovníku. Keď by sa lano spúšťalo, družica by stúpala. Po pripevnení k zemskému povrchu by sa lano udržiavalo napnuté vďaka kombinácii gravitačných a odstredivých síl. Potom by sme mohli posielať elektricky poháňané „šplhacie“ vozidlá nahor a nadol po lane, aby dopravili užitočné zaťaženie na ľubovoľnú obežnú dráhu Zeme.

Približne pred 20 rokmi skúmal túto koncepciu pre NASA fyzik Bradley Edwards. Podľa neho by vybudovanie vesmírneho výťahu stálo 10 miliárd dolárov a trvalo by 15 rokov, ale po uvedení do prevádzky by náklady na vyslanie užitočného nákladu na akúkoľvek obežnú dráhu Zeme mohli byť len 100 dolárov za kilogram. Okrem ekonomických výhod by bol vesmírny výťah aj ekologickejší ako používanie rakiet – nedochádzalo by k spaľovaniu paliva, nevznikali by škodlivé emisie skleníkových plynov a nový dopravný systém by neprispieval k problému vesmírneho odpadu v takej miere ako nosné rakety.

Prečo teda takýto výťah ešte nemáme? Edwards vo svojej správe pre NASA napísal, že všetky technológie potrebné na vybudovanie vesmírneho výťahu už existujú – okrem materiálu potrebného na výrobu lana, ktoré musí byť ľahké, ale zároveň dostatočne pevné, aby vydržalo všetky obrovské sily, ktoré naň pôsobia. Dobrou správou bolo, že dokonalý materiál v podobe ultrapevných a ultratenkých uhlíkových „nanorúrok“ mal byť k dispozícii už o dva roky.

Žiaľ, Edwards zle odhadol, aké ťažké bude syntetizovať uhlíkové nanorúrky – doteraz sa nikomu nepodarilo vytvoriť dlhšiu ako 53 cm. Ďalší výskum tohto materiálu odhalil, že pri extrémnom namáhaní má tendenciu trhať sa, čo znamená, že aj keby sme dokázali vyrobiť uhlíkové nanorúrky v potrebnej dĺžke, hrozilo by, že sa zlomia, čím by došlo nielen k zničenie vesmírneho výťahu, ale aj ohrozeniu životov na Zemi. Existujú však aj iné možnosti vrátane grafénu, čo je v podstate dvojrozmerná forma uhlíka, ktorá sa dá ľahšie škálovať ako nanorúrky.

Na rozdiel od Edwardsovej správy výskumníci z Univerzity Johnsa Hopkinsa Sean Sun a Dan Popescu tvrdia, že fungovať by mohli aj kevlarové vlákna, len by sme museli lano neustále opravovať, rovnako ako ľudské telo neustále opravuje svoje šľachy. „Pomocou senzorov a softvéru s umelou inteligenciou by bolo možné matematicky modelovať celé lano tak, aby sa dalo predpovedať, kedy, kde a ako sa vlákna pretrhnú,“ napísali výskumníci v časopise Aeon v roku 2018.

Potom by ho mohli opraviť rýchli robotickí horolezci hliadkujúci hore a dole po lane. Rýchlosť údržby a opráv by napodobňovala citlivosť biologických procesov. Astronómovia z Cambridgeskej univerzity a Columbijskej univerzity si tiež myslia, že kevlar by sa mohol hodiť na vesmírny výťah – keby sme ho postavili z Mesiaca, a nie zo Zeme. Svoju koncepciu nazvali Spaceline a ide o to, že lano pripevnené k povrchu Mesiaca by sa mohlo natiahnuť smerom ku geostacionárnej dráhe Zeme, pričom by ho napnutým držala gravitácia našej planéty.

Pomocou rakiet by sme potom mohli dopravovať náklad a potenciálne aj ľudí k horolezeckým robotom poháňaným slnečnou energiou, umiestneným na konci tohto lana dlhého vyše 320 000 km. Roboty by potom mohli cestovať po lane až na povrch Mesiaca. Tým by sa síce neodstránila potreba rakiet na dosiahnutie obežnej dráhy Zeme, ale bol by to lacnejší spôsob, ako sa dostať na Mesiac. Podľa článku výskumníkov uverejneného na predtlačovom serveri arXiv by sily pôsobiace na lunárny vesmírny výťah neboli také silné ako na výťah vychádzajúci z povrchu Zeme, čo by otvorilo viac možností pre materiály lana.

Niektorí čínski výskumníci sa nevzdávajú myšlienky použiť na vesmírny výťah uhlíkové nanorúrky. V roku 2018 tím z univerzity Tsinghua odhalil, že vyvinul nanorúrky, ktoré sú podľa nich dostatočne pevné na tento účel. V roku 2021 štátna tlačová agentúra Xinhua zverejnila video zobrazujúce vyvíjaný koncept s názvom Sky Ladder, ktorý by pozostával z vesmírnych výťahov nad Zemou a Mesiacom. Po jazde vesmírnym výťahom zo Zeme by kapsula letela na vesmírnu stanicu pripojenú k lanu výťahu na Mesiaci. 

Keby sa projekt podarilo zrealizovať, Čína predpokladá, že Sky Ladder by mohol znížiť náklady na posielanie ľudí a tovaru na Mesiac o 96 %. Za 120 rokov, odkedy Ciolkovskij predostrel myšlienku vesmírneho výťahu, sa dosiahol obrovský pokrok vo vývoji materiálov s potrebnými vlastnosťami. V tejto chvíli sa zdá pravdepodobné, že jedného dňa by sme mohli mať materiál, ktorý by sa dal vyrábať v mierke potrebnej na lano. No môže sa stať, že vtedy už vesmírny výťah nebudeme potrebovať. Niekoľko leteckých a kozmických spoločností robí pokroky s vlastnými opakovane použiteľnými raketami, a keď sa tieto spoločnosti pridajú k SpaceX, konkurencia by mohla spôsobiť ďalší pokles cien štartov.

Kalifornský startup SpinLaunch zasa vyvíja masívnu centrifúgu na vynášanie užitočného nákladu do vesmíru, odkiaľ ho môžu na obežnú dráhu vyniesť oveľa menšie rakety. Tento systém by znížil množstvo paliva potrebného na dosiahnutie obežnej dráhy o 70 %. Okrem toho niekoľko skupín vyvíja ekologické raketové palivá, ktoré produkujú oveľa menej škodlivých emisií. Na efektívne rozšírenie ich výroby treba vykonať ešte veľa práce, ale prekonanie tejto prekážky bude pravdepodobne oveľa jednoduchšie ako vybudovanie 35 400 km dlhého výťahu do vesmíru.

Zdroj: bigthink.com.