آسانسور فضایی

آسانسور فضایی رویایی است که مانند رویای پرواز یا رویای سفر به ماه در ذهن نویسندگان داستان های علمی-تخیلی و دانشمندان شکل گرفت.حالا این رویا در حال نزدیک و نزدیکتر شدن به واقعیت است.

حتما بارها و بارها سوار آسانسور شده‌اید: طبقه اول، دوم، پنجم، دهم و ... . بلندترین آسانسور روی زمین در شهر دبی واقع شده است. این آسانسور می‌تواند شما را تا طبقه 160ام و به 818 متری زمین منتقل کند. اما آیا با کمک آسانسورها بیشتر از این هم می‌توان از زمین دور شد؟ چه می‌شد اگر آسانسورها می‌توانستند ما را تا جو زمین و یا حتی تا کره ماه بالا ببرند؟ آرزویی بسیار تخیلی و دور از دسترس است. آدم را یاد کتاب‌های ژول‌ورن می‌اندازد.
اما این بار ژول‌ورن نبود که در ذهنش با آسانسور به فضا رفت؛ بلکه آرتور سی کلارک بود که در سال 1975 و در کتاب "چشمه‌های بهشت" (یا فواره‌های بهشت) سوار بر یک آسانسور، به فضا سفر کرد. گویا پیش از اینکه کلارک این ایده را مطرح کند، در سال 1895 مهندسی روسی با الهام از برج ایفل، ساخت چنین وسیله‌ای را پیشنهاد کرده بود. 

اما آیا دنیای واقعی و قوانین فیزیکی به ما اجازه می‌دهند که همانند دنیای خیالی، این پلکان فضایی را بسازیم؟
برای ساخت این پلکان فضایی لازم است بتوانیم محلی را در آسمان پیدا کنیم که اگر جسمی در آن قرار گیرد، نسبت به زمین ثابت باقی بماند. در این صورت شاید بتوان طنابی را از این نقطه آسمانی به سطح زمین انداخت و یک سیستم آسانسوری که زمین را به آسمان وصل می‌کند، راه‌اندازی کرد. بر اساس قوانین و محاسبات اختر فیزیکی، در ارتفاع 35600 کیلومتری زمین، می‌توان مداری ثابتی را تصور کرد که فضاپیماها با قراگیری در آن می‌توانند هر 23 ساعت و 56 دقیقه و 4 ثانیه، یک بار به دور زمین بگردند. این زمان، طول مدت یک شبانه‌روز زمینی است. یعنی فضاپیماها با قراگیری در این مدار، نسبت به زمین ثابت می‌مانند. برای اینکه تعادل این مجموعه حفظ شود،لازم است این طناب را 64 هزار کیلومتر دیگر نیز امتداد داد و آن‌را به یک وزنه تعادلی وصل کرد. 
اکنون که می‌دانیم قوانین فیزیکی مانع ساخت آسانسور فضایی ما نمی‌شوند، می‌توانیم در مورد چگونگی ساخت و اجزای آن بهتر فکر کنیم. بهتر است اول یک آسانسور معمولی را تصور کنیم. این آسانسور از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک کابل، یک بالارونده و یک منبع تامین نیرو. آسانسور فضایی نیز دقیقاَ از همین اجزا تشکیل شده است. از نگاه دانشمندان گره اصلی ساخت این مجموعه، ساخت کابل آسانسور است. ریسمان بسیار محکم و سبکی که بتواند هزاران کیلومتر کشیده شود.اگر از یک ریسمان معمولی برای ساخت این کابل استفاده کنیم، با توجه به طول کابل و فشاری که در اثر وزن خود به بست‌های انتهای آن در ایستگاه فضایی وارد می‌شود، لازم است که قطر کابل با کاهش ارتفاع و نزدیک‌تر شدن به سطح زمین، کمتر شود و حالت مخروطی به خود بگیرد. یک کابل معمولی که ضخامتش در سطح زمین به اندازه یک ریسمان پهن است، در ارتفاع 36 هزار کیلومتری باید قطری به اندازه خود زمین داشته باشد! نباید نگران این مشکل و تحقق ایده آسانسور فضایی بود، فناوری نانو می‌تواند این مشکل را حل کند.

تقریباً تا 10سال پیش تمامی کابل‌هایی که برای آسانسور فضایی پیشنهاد می‌شد، از ورقه‌های استیل و فلزی ساخته شده بود. با کشف نانولوله‌های کربنی در سال 1991، دانشمندان فضایی متوجه این نانوساختار کربنی شدند. ماده‌ای که یکصد برابر محکم‌تر از استیل و 50 هزار برابر ریزتر از یک موی انسان است و تنها یک گرم از این ماده، برای ساخت نخی به طول 29 کیلومتر کافی است. این صفحه‌های گرافن لوله شده، ترکیبی استوانه‌ای از اتم‌های کربن هستند که به کمک آنها می‌توان کابلی به نازکی کاغذ و به محکمی الماس ساخت. با توجه به وزن بسیار کم نانولوله‌های کربنی، برای تنظیم فشار وارد بر بست‌های انتهای آسانسور کافی است که قطر کابل در ارتفاع 36 هزار کیلومتری تنها 9 برابر قطر آن در سطح زمین باشد. نکته قابل توجه در استفاده از نانولوله‌های کربنی این است که رشته‌های طولانی از این ماده، ساختار شکننده‌ای دارند. دانشمندان برای حل این مشکل، نانولوله‌های جدا از هم را در یک ساختار تارگونه در هم تنیده و آنها را به رشته‌های محکم‌تر و طولانی‌تری تبدیل کرده‌اند.
در انیمیشن زیر آسانسور فضایی به تصویر کشیده است:

دانلود انیمیشن آسانسور فضایی

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که با تکمیل هسته‌ی اولیه‌ی کابل، می‌توان وسایل مکانیکی‌ای با نام «بالارونده‌» را بر روی کابل سوار کرد. بالارونده‌ها، عمان طور که از نامشان برمی‌آید، به کمک غلطک‌هایی پلاستیکی بالا و پایین می‌روند. تابش نور لیزر یکی از گزینه‌های پیشنهادی برای تامین انرژی آسانسور است. لیزری که از روی سکوی مبدأ، بر صفحه‌های خورشیدی انتهای بالارونده‌ها متمرکز می‌شود و نیروی لازم برای حرکت موتورها را فراهم می‌کند.

ایده آسانسورهای فضایی تا پیاده‌سازی و تبدیل شدن به یک دستگاه واقعی هنوز راه زیادی را در پیش دارد و انتظار نمی‌رود که تا قبل از ده سال آینده، به حقیقت بپیوندد؛ اما مفهوم آن در حال گسترش است و روزبه‌روز علاقمندان بیشتری پیدا می‌کند.
ناسا نیز در راستای برنامه مسابقات صد سالگی خود، جایزه‌ای 5 میلیون دلاری را با اعتبار 5 ساله به نام مسابقه 2010 برای کار روی آسانسور فضایی تعیین کرده است. 
تیم‌های شرکت‌کننده در این مسابقه باید بتوانند یک نمونه کوچک‌مقیاس از آسانسور خود را بسازند که بتواند فاصله‌ای به طول یک کیلومتر را عمودی و با حداقل سرعت متوسط 2 متر بر ثانیه بپیماید. بهترین نتیجه‌ای که تاکنون بدست آمده، رسیدن به ارتفاع 100 متری با سرعت 1.8 متر بر ثانیه بوده است.