Na podzim minulého roku vypsala americká NASA cenu pro toho, kdo předloží nejlepší návrh na použitelný kosmický výtah. Vesmírná agentura měla zájem o projekty nosných lan, kabiny i dalších zařízení. Optimisté ve vyhlášení soutěže dotované statisíci dolary viděli jasný příznak toho, že se blíží realizace myšlenky zpopularizované A. C. Clarkem v románu Rajské fontány. Kdyby se „lanovku do vesmíru“ postavit podařilo, znamenalo by to, že se náklady na dopravu materiálu na oběžnou dráhu smrsknou na zlomek dnešní hodnoty a cestování do vesmíru by mohlo být skutečně masovou záležitostí.
Mnohé nasvědčovalo tomu, že technika pokročila natolik, aby se dalo o spojení Země s nebesy vážně uvažovat. Jedním z klíčových problémů projektu kosmické zdviže je lano, které musí spojovat družici se Zemí (viz vedlejší text). Aby lano uneslo samo sebe a kabinu s nákladem k tomu, musí existovat velmi lehký materiál, který snese zatížení až 100 gigapascalů. Jde o extrémní zátěž, kterou žádná existující lana nemohou zvládnout.
Ztracený atom může způsobit průšvih
V několika posledních letech však velmi pokročil vývoj uhlíkových nanovláken. Ta mají v poměru ke své hmotnosti mnohem větší pevnost v tahu než jakýkoliv jiný dnes známý materiál. Vědcům se daří vytvářet delší a delší vlákna, a proto čím dál víc expertů sázelo na to, že se konečně našel ideální materiál.
Kalkulaci však může zmařit několik chybějících atomů. Nicola Pugno z turínské technické univerzity propočítal, jaký vliv na pevnost mohou mít drobné defekty ve struktuře nanovláken. Pokud na svém místě chybí jeden jediný atom uhlíku, znamená to snížení pevnosti až o 30 procent. Vliv na odolnost svazku vláken je ještě větší. Většinou neodolají ani tahu jednoho gigapascalu.
Měření velmi kvalitních nanovláken ukázala, že v průměru chybí jeden atom z 1012. To by znamenalo jeden defekt na úseku 4 mikrometrů. Pugno poukázal na to, že při požadované délce 36 tisíc kilometrů by se mohlo nahromadit i více defektů na jednom místě.
Nasčítaná drobná rizika
Problém by nevyřešila ani hypotetická naprosto bezchybná technologie výroby. Vlákna by totiž mohla poškodit mikrometeority i meteorologické vlivy. Obalit vlákno ochrannou vrstvou nepřichází v úvahu. Hmotnost by stoupla natolik, že by kabel neunesl ani sám sebe. Pro Pugna z výpočtů plyne jasný závěr. „S dnešní technologií nelze vesmírný výtah postavit,“ řekl časopisu Nature. Oponenti tvrdí, že lze vlákna sestavit tak, aby chyba jednoho neměla tak kritické následky. Ale ani tak se pevnost zatím nepřiblížila setině požadované pevnosti.
| Problém s pohonem řeší laser |
|
Princip zdviže je velmi jednoduchý: z družice, obíhající Zemi na geostacionární dráze, a tedy „visící“ na stále stejném místě, mají vést dvě lana. Po prvním by měla šplhat lanovka s nákladem, druhé míří k protizávaží, které udrží lano napjaté. Kromě nosnosti lana je třeba vyřešit i problém dodávky energie. Nepřipadá v úvahu, aby elektřinu do motorů přiváděly těžké vodiče. Nejslibnější je zřejmě napájení pomocí laserového paprsku. Pohon lze doplnit solárními panely. |
Mnohé nasvědčovalo tomu, že technika pokročila natolik, aby se dalo o spojení Země s nebesy vážně uvažovat. Jedním z klíčových problémů projektu kosmické zdviže je lano, které musí spojovat družici se Zemí (viz vedlejší text). Aby lano uneslo samo sebe a kabinu s nákladem k tomu, musí existovat velmi lehký materiál, který snese zatížení až 100 gigapascalů. Jde o extrémní zátěž, kterou žádná existující lana nemohou zvládnout.
Ztracený atom může způsobit průšvih
V několika posledních letech však velmi pokročil vývoj uhlíkových nanovláken. Ta mají v poměru ke své hmotnosti mnohem větší pevnost v tahu než jakýkoliv jiný dnes známý materiál. Vědcům se daří vytvářet delší a delší vlákna, a proto čím dál víc expertů sázelo na to, že se konečně našel ideální materiál.
Kalkulaci však může zmařit několik chybějících atomů. Nicola Pugno z turínské technické univerzity propočítal, jaký vliv na pevnost mohou mít drobné defekty ve struktuře nanovláken. Pokud na svém místě chybí jeden jediný atom uhlíku, znamená to snížení pevnosti až o 30 procent. Vliv na odolnost svazku vláken je ještě větší. Většinou neodolají ani tahu jednoho gigapascalu.
Měření velmi kvalitních nanovláken ukázala, že v průměru chybí jeden atom z 1012. To by znamenalo jeden defekt na úseku 4 mikrometrů. Pugno poukázal na to, že při požadované délce 36 tisíc kilometrů by se mohlo nahromadit i více defektů na jednom místě.
Nasčítaná drobná rizika
Problém by nevyřešila ani hypotetická naprosto bezchybná technologie výroby. Vlákna by totiž mohla poškodit mikrometeority i meteorologické vlivy. Obalit vlákno ochrannou vrstvou nepřichází v úvahu. Hmotnost by stoupla natolik, že by kabel neunesl ani sám sebe. Pro Pugna z výpočtů plyne jasný závěr. „S dnešní technologií nelze vesmírný výtah postavit,“ řekl časopisu Nature. Oponenti tvrdí, že lze vlákna sestavit tak, aby chyba jednoho neměla tak kritické následky. Ale ani tak se pevnost zatím nepřiblížila setině požadované pevnosti.
