Kosmoliftoj, ĉu sciencfikcio?

Ĥemiaj raketoj estas fortaj kaj la bazo de ĉio, kion homaro ĝis nun atingis en la kosmo. Tio ne signifas tamen, ke ili estas perfektaj. Ĥemiaj raketoj estas danĝeraj, kreas multe da spacrubaĵoj kaj estas tre malefikaj. Esence ĥemiaj raketoj funkcias per eksplodigi brulaĵojn, por ke la ĥemia energio en la brulaĵoj iĝu energio de moviĝo: kinetika energio. Ju pli granda la maso de la raketo estas, des pli da energio oni bezonas por movi ĝin, do des pli da brulaĵoj oni bezonas. Tio kompreneble ne nur aplikeblas al la maso, kiun oni volas transporti. La brulaĵoj, kiujn oni devas kunporti ankaŭ havas mason kaj devas esti movataj, por kio oni bezonas eĉ pli da energio. Tiu energio venas de pli da brulaĵoj, kiuj mem denove havas mason. Tio signifas ke la kvanto de brulaĵoj bezonata por rapidigi iomete pli pezan raketon kreskas freneze rapide kaj oni devas konstrui raketon, kiu povas sekure transporti tiom multe da brulaĵoj sen eksplodi. Tio kreas aron da defioj. Novaj teĥnologioj kiel reuzeblaj raketoj aŭ spacaviadiloj estas proponataj de komercaj entreprenoj kiel la solvoj de la estonteco, sed biletoj por komerca flugo ĉirkaŭ la Luno estas ankoraŭ nur imageblaj al la plej riĉaj. La Atlas V kapablas porti masojn kontraŭ ĉirkaŭ €20 000/kg al malalta orbito, la Delta IV kontraŭ ĉirkaŭ €17 000/kg kaj laŭ SpaceX, la teoriaj kostoj por la Falcon Heavy raketo estus ĉirkaŭ €2 200/kg, se ili sukcesas lanĉi sufiĉe multe da raketoj. Tiuj kostoj rilatas al la maso de tio, kion oni transportas kaj enkalkulas la kostojn por la raketo kaj brulaĵoj, sed homoj ne estas normala maso. Kiam oni transportas homojn, oni ankaŭ enkalkulu la fakton ke ili bezonas spacon por moviĝi kaj multe da aldona maso en la formo de akvo kaj manĝaĵoj kaj la aparatoj, kiuj igas la medion en la raketo travivebla. Bedaŭrinde, tio igas la utopian bildon de ferioj al Marso por la tuta familio ŝajni eĉ pli for, sed eble ekzistas solvo.

^ La giganta Falcon Heavy povus esti nekredeble efika.

En 2012, la Japana entrepreno Obayashi anoncis siajn planojn por konstrui kosmolifton en 2050. Tiu plano sonas freneza, sed ili ne estas la sola. Ankaŭ la Ĉina kaj Usona Spacagentejoj esprimis intereson pri la ideo. Kompreneble la konstruado de lifto al la kosmo estus la plej granda konstrua projekto iam ajn kaj kostus miliardojn, sed laŭ la kalkuloj, lifto igus spacesploradon tiom malmultekosta ke oni rapide regajnus la monon. Laŭ la estimoj, oni povus transporti masojn kontraŭ nur €200/kg kaj oni povus vojaĝi multe pli frekvence ol per tradiciaj raketoj. Kompare al la raketoj de nun, liftoj estus eĉ tiom kostefikaj ke la unua lando, kiu sukcesas konstrui ilin, esence povas regi spacesploradon. Aldone, krei la unuan lifton igas krei la sekvan multe pli facile kaj malmultkoste. Ekonomie la decido de konstrui kosmolifton do ŝajnas evidenta, sed ĝis nun ankoraŭ neniu entrepreno aŭ registraro komencis la konstruadon de tia projekto. La ĉefa kialo por tio estas ke oni ankoraŭ ne kreis materialojn, kiuj povas elteni la fortojn, kontraŭ kiuj la lifto devus fronti. Por kompreni tiujn fortojn tamen, oni komprenu la dezajnon.

^ La dezajno konsistas el longa ŝnuro kun granda maso je la fino.

Laŭ Guinness World Records, la plej alta konstruaĵo, kiun oni ĝis nun konstruis estas la Burĝ Ĥalifa en Dubajo. Ĝi estas 828 metrojn alta. Kompare al la grandeco, kiun oni bezonus por kosmolifto, tio estas tute nenio. Por praktike funkcii, la lifto devus esti minimume pli alta ol 36 000km, ĉar je tiu alteco, objektoj en orbito rondiras same rapide kiel la Tero mem. Praktike, la lifto devas esti pli longa tamen kaj la propono de la entrepreno Obayashi temas pri lifto de 96 000km! Malgraŭ tio ke oni neniam konstruis ion, kio eĉ similas al ĉi tiuj grandecoj, nova efiko ekfunkcias je tiuj altecoj, kiu ne uzeblas je la surfaco. La lifto konsistus el longa ŝnuro kun granda maso je la fino, kiu streĉus la ŝnuron pro la centripeta forto. Tio signifas ke la lifto ne riskas kolapson, sed ĝi ja devas elteni gigantajn streĉfortojn. Laŭ la propono de Obayashi, oni bezonas materialon por tio, kiu eltenas streĉojn de 150GPa. Materialsciencistoj diras tamen, ke neniu konata materialo estas sufiĉe forta por esti uzata en kosmolifto. La plej promesplena elekto ĉi-momente estas karbonaj nanotuboj, sed sub tiaj fortoj, la sesangula strukturo de la molekulo povus ŝiriĝi. Aldone, la plej longa karbona nanotubo, kiun oni kreis ĝis nun estis nur kelkajn centimetrojn, do tiom longaj tuboj estas ankoraŭ nur revoj nun. Ĝis oni kreas novajn, pli fortajn materialojn, kosmolifto surtere estas neebla kaj la materialo eĉ ne estas la sola problemo.

^ Karbonaj nanotuboj estas tuboj je la molekula nivelo kaj havas tre fortan sesangulan strukturon. Ili estas inter la plej fortaj materialoj surtere.

Se oni sukcesus krei la ŝnuron, la ankron surtere kaj la maso en la kosmo, oni povas krei staciojn laŭ la lifto je malsamaj altecoj por atingi malsamajn orbitojn kaj krei ĉarojn, kiuj supreniru laŭ la ŝnuro. En perfekta mondo, tio ne estus malfacila, sed la mondo ne estas perfekta. La ŝnuro devas fronti kontraŭ la medio ĉirkaŭ si kaj kiel eble malpli ĝeni aliajn maŝinojn. En la atmosfero, tio signifas ke la lifto devas elteni venton kaj veteron kaj ke aviadiloj evitu ĝin. La plejparto de la lifto ne estas en la atmosfero, sed ankoraŭ ne estas sekura. En la kosmo, ĝi estas minacata de radiado, rokoj kaj ekzistantaj satelitoj kaj spacrubaĵoj. La radiado estas specife danĝera, pro tio ke oni trairu zonojn kun intenca radio, kiujn raketo tiom rapide trairas ke la astronaŭtoj nenion rimarkas, sed ĉaro irus multe malpli rapide. La rubaĵoj estas specife granda risko, pro tio ke ili ofte tro etas por sekvi kaj iras tiom rapide, ke ili povus detrui la tutan lifton. Ankaŭ la ĉaroj ne estas senproblemaj. Krom se ili moviĝas tre malrapide, kio igus la vojaĝon daŭri pli ol monaton, la moviĝoj de la ĉaroj povus tremigi kaj svingi la ŝnuron. Aldone, la ĉaroj bezonas energion por moviĝi kaj doni la energion al ili ne estas tiom facila. Kelkaj ideoj por ĉi tio ekzistas, ekzemple ke oni pafas la ĉarojn per fortaj laseroj, sed neniu el la solvoj estas tute kontentiga.

Malgraŭ la severaj kondiĉoj, la koncepto de kosmolifto ne estas entute neeblaj. La Tero estas relative granda astro, sed la Luno aŭ Marso estas multe pli etaj. Ilia malgrandeco kaŭzas ke la gravito sur la surfaco estas malpli granda, kio signifas ke la fortoj, kiujn la lifto devus elteni estas malpli grandaj. La surfaca gravito de Marso estas ĉirkaŭ 38% de tiu de la Tero. Aldone, la fakto ke Marso pli-malpli same rapide rotacias kiel la Tero, sed havas malpli fortan graviton kaŭzas ke la orbito en kiu oni rondiras same rapide kiel la surfaco estas malpli alta. Tiuj faktoroj kaŭzas ke hodiaŭ konataj materialoj povus esti uzataj por krei kosmolifton sur Marso. La malavantaĝoj kompare al lifto surtere estas la distanco, kiu malfaciligas la konstruadon kaj la fakto ke unu de la lunoj de Marso, Fobo, rondiras tre malalte kaj povus multe ĝeni la lifton per sia gravito. Verŝajne la plej facila loko por krei kosmolifton estas la Luno kaj multoj subtenantoj de lifto surtere proponas la Lunon kiel unuan paŝon. La Luno moviĝas tiom malrapide, ke oni ne povas uzi la saman orbiton kiel por la Tero aŭ por Marso. Anstataŭe, oni povus fiksi la mason en L1. Tio estas la punkto kie la gravito de la Tero kaj la Luno nuligas unu la alian. Kompreneble, tio signifas ke oni nur povas konstrui lifton sur tiu flanko, kiu estas turnita al la Tero. Pro tio ke oni jam facile povas forlasi la Lunon, kosmolifto sur ĝia surfaco ne estus tiom revolucia kiel lifto surtere, sed pro tio ke ĝi verŝajne estus multe pli facile konstruebla, ĝi ankaŭ kostus malpli. Se oni do iam decidas krei kolonion sur la Luno, kosmolifto ne estus tiom stranga ideo.

Ĉi tiu mapo montras la gravitajn kampojn de la Tero kaj la Luno. En L1, Lagrange-punkto 1, la gravitaj kampoj nuliĝas (realvive la distancoj estas multe pli grandaj).

La ideo de krei kosmolifton surtere do estas tre bona, sed tiom malfacila ke ĝi eble pli taŭgas en sciencfikciaj filmoj. Malgraŭ tio, pluraj partioj daŭre persistas kaj kreas planojn. En septembro, teamo de la Japana Shizuoka universitato lanĉis eksperimenton al la Internacia Kosmostacio, por testi la koncepton de kosmolifto je eta skalo. La eksperimento konsistas el du kubsatelitoj kun flankoj de 10cm, kiuj estas konektitaj de ŝnuro el ŝtalo de 10m. Laŭ la ŝnuro, eta ĉaro vojaĝas tien kaj reen kaj la satelitetoj povas vidi kiom ĝi progresas per kameraoj. La teamo estas pozitiva pri la estonteco. Oni neniam scias kiam oni malkovros la sekvan miraklan materialon kaj kiam oni trovis ĝin, oni bezonos la datumojn. Neniu povas antaŭvidi la estontecon tamen, do por scii ĉu kosmoliftoj vere iĝos realeco, oni nur povas atendi.