هل المصاعد الفضائية ممكنة؟ فيزيائي يقول إن البشرية قد تكون “حضارة فضائية”

لقد أدى سعي البشرية لاستكشاف الفضاء، وربما استعماره في نهاية المطاف، إلى تغذية العديد من الأفكار حول كيفية التنقل في الفضاء بدقة.

على الرغم من أن الحكمة التقليدية تقول إن الإطلاق الفضائي بالصواريخ هو أفضل وسيلة لإرسال البشر إلى المدار، فقد تم اقتراح طرق أخرى “غير صاروخية”، بما في ذلك “المصعد الفضائي” المستقبلي.

يقول ألبرتو دي إن مفهوم المصعد الفضائي – وهو في الأساس كابل يصل إلى السماء يسمح للبشر بالصعود إلى الفضاء – هو طريقة يقول بعض خبراء الصناعة إنها وسيلة للتغلب على التكاليف الفلكية المرتبطة بإرسال البشر والبضائع إلى الفضاء بالصواريخ. لا توري، أستاذ مساعد في الفيزياء في جامعة نورث إيسترن.

يقول دي لا توري: “إن أنظمة الإطلاق الحالية تستخدم في الغالب لمرة واحدة وتكلف عادةً أكثر من 10000 دولار لكل كيلوغرام من الحمولة، أي ما مجموعه 60 مليون دولار لكل عملية إطلاق”. “هذا هو المكان الذي تدخل فيه المصاعد الفضائية.”

تصور عالم الصواريخ الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر أن المصعد الفضائي سوف يتوسع من الأرض عبر الغلاف الجوي، ثم يمر عبر “مدار ثابت بالنسبة إلى الأرض” حيث تبقى الأجسام الموجودة في الفضاء في مدارات عالية تسحبها جاذبية الأرض. بالتزامن مع تداولها منخفض. يقع المدار الثابت بالنسبة للأرض على ارتفاع حوالي 22236 ميلًا فوق سطح الأرض.

على نحو فعال، ينحدر الكابل من نظام قمر صناعي مثبت في مدار ثابت بالنسبة للأرض، ويعمل بمثابة “ثقل موازن” للأرض.

من الناحية النظرية، فإن القمر الصناعي الموجود خارج المدار الثابت بالنسبة للأرض سيعمل على تثبيت الكابل من خلال مجموعة من القوى: جاذبية الأرض، التي تمارس قوة هبوطية عليه من الأرض، وقوة الطرد المركزي لدورانه، التي تمارس قوة لأعلى. ادفع الكابل خارج المساحة. يقول دي لا توري إن تفاعل القوى يخلق توترًا مثاليًا – توترًا – ضروريًا للحفاظ على كابل بهذا الطول.

يقول دي لا توري: “العنصر الرئيسي في المصعد الفضائي هو كابله، الذي يقع عند خط استواء الأرض ويتزامن مع دوران الأرض”.

لا يوجد دليل على مفهوم المصعد الفضائي. على الرغم من المحاولات العديدة للتصميمات المعمارية، بما في ذلك التصميم الأخير الحائز على جائزة من قبل مهندس معماري بريطاني جائزة من ستة أرقاملقد أبقت العديد من العوائق التكنولوجية المصعد الفضائي بعيدًا عن متناول الجميع لعقود من الزمن.

“كابل بهذا الطول [more than 22,236 miles above the Earth] يقول دي لا توري: “هذا غير ممكن مع المواد القياسية. إذا كان مصنوعًا من الفولاذ، فإن الحد الأقصى من التوتر الذي سيواجهه في المدار الثابت بالنسبة للأرض سيكون 60 ضعفًا لقوة الشد.”

ويقول إنه بالنسبة للمصعد الفضائي الأرضي، فإن استراتيجيات تقليل قوى الشد، أو قدرة المادة على تحمل التوتر، أمر بالغ الأهمية.

ولكن هناك بعض المنتجات التي تبشر بالخير. يقول دي لا توري إن الأنابيب النانوية من نتريد البورون، وأسلاك الماس النانوية، والجرافين – وجميعها مواد ذات “كثافة منخفضة وقوة شد عالية” – تناسب الفاتورة.

ويقول: “تم اقتراح أنابيب الكربون النانوية باعتبارها مادة مثالية بسبب قوة الشد العالية التي تتمتع بها”. “لقد أثارت الأبحاث الحديثة مخاوف بشأن جدوى ترجمة خصائصها النانوية إلى هياكل ضخمة.”

على المدى الطويل، يكمن وعد المصعد الفضائي في قدرته على القيام برحلات إلى الفضاء بشكل أكثر اقتصادا. يقول دي لا توري: “يمكن تخفيض تكلفة وضع حمولة خارج المدار الثابت بالنسبة للأرض إلى بضع مئات من الدولارات للكيلوغرام الواحد”.

ويقول: “يمكن أن يكون الاستثمار الأولي في المصعد الفضائي كبيرًا – على غرار تكلفة بناء تلسكوب جيمس ويب الفضائي وإطلاقه إلى المدار، ولكن يمكن استرداد التكاليف بعد إطلاق بضعة أطنان من الحمولة بنجاح”.

يقول دي لا توري: “مع التطور المستمر لعلوم المواد وتكنولوجيا الفضاء والهندسة، لا ينبغي استبعاد مفهوم المصاعد الفضائية في المستقبل غير البعيد”.

وإلى أن يأتي هذا التقدم في علم المواد، سيستمر المصعد الفضائي في العمل فقط كغذاء لعشاق الخيال العلمي.

يقول دي لا توري: “إن المصاعد الفضائية، في جوهرها، تحمل الوعد بجعل البشرية حضارة ترتاد الفضاء”. “يمكن أن يقدموا طريقة آمنة وفعالة من حيث التكلفة لجلب الحمولات الثقيلة إلى المدار اللازمة لبناء محطات فضائية مدمجة أو مناجم كويكبات أو موائل خارج كوكب الأرض.”