מעלית חלל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Incomplete-document-purple.svg יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
הנכם מוזמנים להשלים את החלקים החסרים ולהסיר הודעה זו. שקלו ליצור כותרות לפרקים הדורשים השלמה, ולהעביר את התבנית אליהם.
Space elevator structural diagram he.svg

מעלית חלל היא אמצעי שינוע משוער שיחבר את פני השטח של כוכב לכת כלשהו אל החלל.

מעלית חלל על כדור הארץ תאפשר שליחת עצמים ואסטרונאוטים לחלל. מספר סוגים של מעלית כזו הוצעו בעבר ומוצעים גם כיום. לכולן אותה המטרה, והיא להחליף את השיגור הרקטי על ידי מבנה מכני יציב החוצה את האטמוספירה.

ההצעה המבנית הרווחת עבור מעלית החלל היא של רצועה או של כבל הנמתח מפני השטח אל נקודה כלשהי הנמצאת מעבר למסלול הגאוסטציונרי. סיבוב הפלנטה גורם לאינרציה בכבל כשבצידו השני עצם כלשהו המשמש כמשקל נגד, ושומר על הכבל מתוח תוך "ביטול" של כוח המשיכה של כדור הארץ. וכך עצמים יכולים לעלות בכבל ולהתגבר על כוח הכובד של כדור הארץ ללא שימוש בכוח הנעה רקטי. מבנה תאורטי זה יכול לאפשר העברת ציוד ובני אדם למסלול בחלל בעלויות נמוכות בהרבה משיטות היציאה לחלל כיום.

בניית מעלית חלל תהיה מורכבת ויקרה. המעלית תצטרך להבנות מחומר שיוכל לסבול לחץ גדול מאוד ולהיות קל משקל, זול וקל לייצור. כדי שחזון מעלית חלל יתממש יצטרכו להפתר מספר בעיות הנדסיות קשות. מדענים שכבר היום מחפשים פתרונות טכנולוגיים לאתגרים שמציבה המשימה מאמינים כי מעלית חלל תיתכן בעשורים הבאים.

ההצעות האחרונות למעלית חלל משלבות ננו-צינוריות פחמן בתכנון הכבל עליו תנוע המעלית, כך רעיון המעלית משלב בין חקר החלל לננוטכנולוגיה.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תכנונים ראשוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הרעיון של מעלית חלל הופיע לראשונה ב-1895 כאשר מדען רוסי בשם קונסטנטין ציאולקובסקי בהשראת מגדל אייפל בפריז חשב על מגדל שמגיע כל הדרך לחלל. הוא דמיין מצודה שמיימית בסופו של הכבל הדק הנעה סביב כדור הארץ במסלול גיאוסטציונרי. המגדל יבנה מהאדמה לגובה של 35,800 קילומטרים (מסלול גיאוסטציונרי). הערות מניקולה טסלה רומזות שגם הוא הגה את רעיון המגדל. הערותיו נשלחו אחרי תקופת מסך הברזל לאחר מותו.

מגדלו של טסיולקובסקי יהיה מסוגל לשלוח עצמים למסלול ללא טיל. מהרגע שבו המעלית תשיג מהירות מסלולית כאשר תנוע על-גבי הכבל, עצם שישוחרר מראש המגדל יהיה גם הוא בעל מהירות מסלולית הנדרשת כדי להשאר במסלול גיאוסטציונרי.

המאה ה-20[עריכת קוד מקור | עריכה]

בנייה מהקרקע מעלה הוכחה כמשימה בלתי אפשרית: אין חומר קיים בעל כוח דחוס מספיק כדי לתמוך במשקלו תחת תנאים כאלו. לקח עד 1957 בשביל עוד מדען רוסי, יורי נ. ארטסוטאנוב, כדי להגות תוכנית ישימה יותר לבניית מגדל חלל. ארטסוטאנוב הציע להשתמש בלווין גיאוסטציונרי כבסיס ממנו יבנה המגדל. באמצעות שימוש במשקל נגד, כבל יורד ממסלול גיאוסטציונרי לפני השטח של כדור הארץ בעת שמשקל הנגד משתרע מהלוויין אל מחוץ לכדור הארץ ומרכז המסה של הכבל ישמר ללא תנועה ביחס לכדור הארץ. ארטסוטאנוב פרסם את הרעיון שלו במוסף יום ראשון של קומסומולסקאיה פרבדה ב-1960.

עשיית כבל באורך של למעלה מ-35,000 קילומטרים זאת משימה קשה. ב-1966 ארבעה מהנדסים אמריקאיים החליטו לקבוע איזה סוג של חומר יהיה נדרש כדי לבנות מעלית חלל, בהנחה שזה יהיה כבל ישר ללא שוני בקטע ההצטלבות שלו. הם מצאו שהכוח הנדרש הוא כפול פי שניים מהכוח של כל חומר קיים, כולל גרפיט, קוורץ ויהלום.

ב-1975 מדען אמריקני נוסף, ג'ירום פירסון, תיכנן קטע הצטלבות מתחדד שיתאים יותר לבניית המגדל. הכבל המוכן יהיה עבה במרכז המסה שלו, היכן שהמתיחה היא עצומה, ויהיה צר יותר בקצה כדי להוריד את הסכום המשקל שהמרכז צריך לתמוך בו.

בספרו מסוגת המדע הבדיוני משנת 1997, "3001: האודיסאה הסופית", מתאר ארתור סי. קלארק ארבע מעליות חלל כאלו שמגיעות אל טבעת במסלול הגאוסטציונרי (שהוא עצמו הביא לעין הציבור, אגב, בשנת 1945) שמשמשת כתחנת חלל מאסיבית.

המאה ה-21[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאחר פיתוח ננו צינוריות הפחמן בשנות ה-90, דיוויד סמיתרמן, מהנדס של נאס"א, הבין שחוזקם של החומרים הללו עשוי להתאים, ושרעיון מעלית החלל בר ביצוע. בעקבות כך הוא פתח קורס במרכז מרשל, זימן מדענים ומהנדסים שדנו ברעיונות חדשים ותכנונים מודרניים של המעלית כדי להפוך את הרעיון למציאות.‏[1] הוא פרסם את המאמר "מעליות חלל: תשתית מתקדמת בין ארץ לחלל במילניום החדש"",‏[2] (Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium) שכלל מידע על עבודתו ורעיונותיו כדי להשיג תרומות ומימון לפיתוח הטכנולוגיות שהגה.

באותו זמן, מדען אמריקני נוסף בשם בראדלי אדוארדס, הגה רעיון ליצור רצועה באורך 100,000 ק"מ העשויה גם כן מננו צינוריות פחמן מרוכבות. השוני ברעיונות היה שבעוד סמיתרמן מציע כבל עגול, האחרון הציע כבל בעל מבנה של רצועה (פס) בטענה שצורה זו יעילה ועמידה יותר בפגיעות מטאוריטים. בתמיכת המוסד לרעיונות מתקדמים של נאס"א (NASA Institute for Advanced Concepts), המשיך בראדלי לפתח את רעיונו ולעצב את תא המעלית, מערכת ההנעה הראשית, הימנעות מהתנגשות בפסולת חלל, מערכת עגינה, מערכת חמצן, הימנעות מפגיעות ברקים וסופות הוריקן על ידי הצבת תחנת הבסיס באזור קו המשווה במערב האוקיינוס השקט. בנוסף לכך אמד את עלות הבנייה, תיכנן את לוחות הזמנים לתכנון וביצוע הפרויקט כולו והתחשב בגורמי סיכון סביבתיים.‏[3][4] העיכוב הארוך ביותר לרעיונו של אדוארדס נגרם ממגבלות הטכנולוגיה ליצור הרצועה עליה ינוע תא המעלית. חישוביו הסתמכו על סיבים מרוכבים של ננו צינוריות פחמן אפוקסי בעלי כושר מתיחה מינימלי של 130 ג'יגהפסקל (בחישוביו לקח מקדם ביטחון של 2). אולם, ניסויים שונים ורבים הצליחו להניב חומר בעל כושר מתיחה של עד 63 ג'יגהפסקל.‏[5][6]

כדי לזרז את מימוש הרעיון של מעליות החלל, תומכי הרעיון מארגנים מספר תחרויות, בדומה ל-X-Prize, של פיתוח טכנולוגיות ועיצובים חדשים.‏[7][8] ביניהן תחרות Elevator:2010 לעיצוב תא המעלית.‏[9] ישנן תחרויות נוספות כמו Robolympics Space Elevator Ribbon Climbing competition ו-Centennial Challenges במימון נאס"א וגופים אחרים בהן המתחרים מעצבים ומפתחים את מערכות ההנעה הראשיות, ופיתוח של שיטות ייצור מתקדמות של הכבל וכו'. במרץ 2005, הוכרז על שותפה לחברת Spaceward Foundation (המפעילה של תחרות Elevator:2010), בעקבות כך עלה סכום כלל הפרסים ל-400,000 דולר.‏[10][11]

ב-2005, קבוצת ליפטפורט הודיעה שתבנה קטע ניסיוני של הכבל במפעלה בניו ג'רזי. למרות הצהרתה של ליפטפורט היא תוכל לייצר כבל באורך 100,000 ק"מ רק לאחר שתגייס מימון לניהול המחקר ופיתוח שיטות ייצור מתקדמות. ב-13 בפברואר 2006, קבוצת ליפטפורט הודיעה שבתחילת אותו חודש היא ייצרה מייל אחד ניסיוני מהכבל העשוי מסיבי פחמן מרוכבים ופיברגלס ברוחב 5 ס"מ ובעובי מ"מ אחד והועלתה לאוויר בעזרת בלונים.‏[12]

בשנת 2007, Elevator:2010 כללה שתי תחרויות ששווי הפרס בכל אחת 500,000 דולר (מיליון דולר סה"כ) וכן פרס נוסף בסך 4 מיליון דולר לחמש שנים הבאות עבור פיתוחים טכנולוגיים הקשורים למעלית החלל.‏[13] אף קבוצה לא ניצחה בתחרות עד כה, אך הקבוצה המייצגת את המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס הכניסה לתחרות מקטע מכבל פרי פיתוחה העשוי כולו מננו צינוריות פחמן.‏[14] בנובמבר 2008, התקיימה ועידה ביפן כדי לקבוע לוחות זמנים עבור בניית מעלית החלל.‏[15]

ב-2008, פורסם ביפנית הספר "עוזבים את הפלנטה במעלית חלל" ("Leaving the Planet by Space Elevator") על ידי דוקטור בראד אדוארדס ופיליפ רגן, ונכנס לרשימת רבי המכר ביפן.‏[16] פרסום הספר הוביל להצהרה יפנית שכוונתה לבנות ולממש את רעיון מעלית החלל בעלות כוללת של 5 מיליארד דולר. בדיווחו של ליאו לואיס, כתב של עיתון הטיימס הבריטי, הוצגו התוכניות שנחשפו על ידי סואיצ'י אונו (Shuichi Ono), יו"ר אגודת מעלית החלל היפנית.‏[15]

פיזיקה ומבנה[עריכת קוד מקור | עריכה]

איור של מעלית חלל

ישנם מספר תכנונים עבור תצורת מעלית החלל ואופן פעולתה. המשותף לכולם הוא תחנת הבסיס, הנמצאת על פני השטח של כוכב הלכת, כבל עליו נע תא הנוסעים ומסה המהווה משקל נגד בקצה הכבל.

תחנת בסיס המעלית[עריכת קוד מקור | עריכה]

כבל[עריכת קוד מקור | עריכה]

ננו-צינורית פחמן - צינוריות אלה עשויות להתאים כחומר גלם לבניית הכבל עליו תנוע המעלית.
SpaceElevatorAnchor.jpg

כבל מחודד[עריכת קוד מקור | עריכה]

SpaceElevatorCableTaper3DPlot2.jpg

טיפוס[עריכת קוד מקור | עריכה]

המעלית יוצאת מתוך העננים

משקל נגד[עריכת קוד מקור | עריכה]

מומנט זוויתי[עריכת קוד מקור | עריכה]

כוחות הפועלים על המעלית

היציאה מהאטמוספירה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פעילות המעלית בחלל החיצון[עריכת קוד מקור | עריכה]

בנייה[עריכת קוד מקור | עריכה]

בדרכי הבנייה מקובלות[עריכת קוד מקור | עריכה]

הצעתו של בראד אדוארדס[עריכת קוד מקור | עריכה]

דרכי בנייה נוספות[עריכת קוד מקור | עריכה]

קשיי בנייה ובטיחות[עריכת קוד מקור | עריכה]

לוויינים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מטאורואידים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סכנת נפילה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קורוזיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרינה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פגמים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מזג אוויר[עריכת קוד מקור | עריכה]

חבלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

רטט הרמוני[עריכת קוד מקור | עריכה]

תאונות ומצבי חירום[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרעים בסמוך לנקודת העגינה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אם המעלית ניתקת בנקודת העוגן שלה על פני כדור הארץ, כוח חיצוני המופעל על ידי משקל הנגד יגרום למעלית לעלות כלפי מעלה למסלול לא יציב בחלל. הגובה הסופי של הקצה התחתון של הכבל המנותק תלוי בהתפלגות המסה של המעלית. בתאוריה, אפשר יהיה לחבר את המעלית שוב לנקודת העוגן שלה על פני כדור הארץ, אך עם זאת זה יהיה מבצע מסובך ביותר, שידרוש התאמה של מרכז הכובד של הכבל במטרה להביא אותו בחזרה אל פני השטח במיקום הנכון. זה עשוי להיות יותר קל לבנות מערכת חדשה במצב כזה.

קרעים בגבהים של 25,000 ק"מ ומעלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אם ניתוק הכבל יתרחש בנקודה גבוהה יותר, מעל 25,000 ק"מ, החלק התחתון של המעלית ירד לכדור הארץ כשהוא עוטף את עצמו לאורך קו המשווה , ואילו החלק העליון יעלה למסלול גבוה יותר בחלל . בכל אופן, ברוב התכנונים, החלק העליון של הכבל שייפול לכדור הארץ יישרף באטמוספירה. בנוסף, בגלל שלכבלים המוצעים יש מסה נמוכה מאוד (בערך 1 ק"ג לקילומטר), והם שטוחים, קרוב לוודאי שהחלק התחתון של הכבל יונחת על כדור הארץ עם פחות כוח מפיסת נייר, בשל התנגדות האוויר בדרך למטה.


עצירת המעלית באמצע המסלול[עריכת קוד מקור | עריכה]

חגורת ואן אלן[עריכת קוד מקור | עריכה]

חגורת ואן אלן

כלכלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אינטרסים פוליטיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • מזרקות גן העדן - ארתור סי. קלארק (1979), בהוצאת "אודיסאה הוצאה לאור"

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Science @ NASA, Audacious & Outrageous: Space Elevators, September 2000
  2. ^ Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium.
  3. ^ Bradley Edwards, Eureka Scientific, NIAC Phase I study
  4. ^ Bradley Edwards, Eureka Scientific, NIAC Phase II study
  5. ^ Yu, Min-Feng; Files, Bradley S.; Arepalli, Sivaram; Ruoff, Rodney S. (2000). "Tensile Loading of Ropes of Single Wall Carbon Nanotubes and their Mechanical Properties". Phys. Rev. Lett. 84: 5552–5555. doi:10.1103/PhysRevLett.84.5552. 
  6. ^ Min-Feng Yu, Oleg Lourie, Mark J. Dyer, Katerina Moloni, Thomas F. Kelly, Rodney S. Ruoff (2000). "Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load". Science. no. 287 (5453): 637–640. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994. 
  7. ^ Boyle, Alan. Space elevator contest proposed. MSNBC. אוחזר ב־2006-03-05.
  8. ^ The Space Elevator - Elevator:2010. אוחזר ב־2006-03-05.
  9. ^ Space Elevator Ribbon Climbing Robot Competition Rules. אוחזר ב־2006-03-05.
  10. ^ NASA Announces First Centennial Challenges' Prizes (2005). אוחזר ב־2006-03-05.
  11. ^ Britt, Robert Roy. NASA Details Cash Prizes for Space Privatization. Space.com. אוחזר ב־2006-03-05.
  12. ^ Groshong, Kimm (2006-02-15). "Space-elevator tether climbs a mile high", NewScientist.com, New Scientist. אוחזר ב־ 2006-03-05. 
  13. ^ http://www.spaceward.org/elevator2010
  14. ^ The Spaceward Foundation
  15. ^ 15.0 15.1 Japan hopes to turn sci-fi into reality with elevator to the stars. Lewis, Leo; News International Group; accessed 2008-09-22.
  16. ^ Leaving the Planet by Space Elevator. Edwards, Bradley C. and Westling, Eric A. and Ragan, Philip; Leasown Pty Ltd.; accessed 2008-09-26.