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우주 엘리베이터를 만들겠다는 아이디어는 이미 1979년 영국 작가 아서 찰스 클라크의 SF 작품에서 언급됐다. 그는 자신의 소설에서 언젠가 그러한 엘리베이터가 건설될 것이라고 확신한다고 썼습니다.
그러나 그러한 이상한 아이디어를 처음으로 생각해 낸 사람은 러시아 엔지니어이자 러시아 우주 비행사 Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky의 창시자였습니다. 그는 에펠탑 건설에서 영감을 받아 수천 킬로미터 높이의 더 높은 탑을 건설할 것을 제안했습니다. Tsiolkovsky는 궤도 스테이션을 사용하여 우주 공간에 거주할 것을 제안하고 우주 엘리베이터와 호버크라프트에 대한 아이디어를 제시했습니다.
우주 엘리베이터- 정말 환상적이네요. 그러나 19세기 사람들 역시 비행기나 우주선과 같은 기술적 성취의 출현을 믿지 못했을 것입니다. 일본의 Obayashi Construction Corporation은 이미 우주 엘리베이터 건설 준비를 위한 기술 문서를 개발하고 있습니다. 프로젝트 비용은 120억 달러이다. 시설 건설은 2050년 완료될 예정이다.
우주 엘리베이터의 사용으로 인한 잠재적 이점은 상당히 높습니다. 문제는 제트 추력의 도움으로 지구의 중력을 극복하는 것이 비현실적이라는 것입니다. 예를 들어, 셔틀을 한 번만 발사하는 데 5억 달러가 들기 때문에 기존 발사체를 발사하는 것은 비경제적입니다.
우주 엘리베이터는 베이스, 테더, 평형추의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
엘리베이터의 바닥을 대표하는 바다의 거대한 플랫폼은 탄소 섬유 케이블의 한쪽 끝을 고정하고 그 끝에는 균형추가 있을 것입니다. 이 무거운 물체는 우리의 뒤를 따라 회전하는 위성 역할을 할 것입니다. 행성은 원심력에 의해 궤도를 유지하고 있다. 화물이 우주로 솟아오르는 것은 최대 십만 킬로미터 높이까지 하늘로 뻗어 있는 이 케이블에 있습니다.
로켓을 사용하여 1kg의 화물을 우주로 운반하려면 최대 15,000달러가 소요됩니다. 일본인은 같은 무게의화물을 궤도에 전달하기 위해 ... $ 100를 소비 할 것이라고 계산했습니다.
우주 엘리베이터는 세심하게 고안된 아이디어입니다. 예를 들어 케이블을 강철로 만들 수 없는 것으로 계산됩니다. 그것은 단순히 무게의 무게로 인해 부서질 것입니다. 소재는 강철보다 90배 더 강하고 10배 더 가벼워야 합니다.
엔지니어들은 탄소나노튜브를 케이블로 사용하려고 했으나, 그러한 물질로 긴 케이블을 엮는 것은 불가능하다는 것이 밝혀졌습니다.
최근에는 우주 엘리베이터의 환상을 마침내 현실로 만들 수 있는 발명품이 등장했습니다. 펜실베니아 대학의 John Budding이 이끄는 연구팀은 나노튜브 및 폴리머 섬유보다 훨씬 강한 미세한 다이아몬드로부터 초박형 나노와이어를 만들었습니다.
도쿄 스카이 트리는 스미다 지구에 있는 텔레비전 탑으로, 세계의 텔레비전 탑 중에서 가장 높습니다.
오바야시 연구소의 연구 책임자인 이시카와 요지(Yoji Ishikawa)는 펜실베이니아 대학의 노하우가 인류를 우주에 더 가까이 다가갈 수 있다고 믿습니다. 그는 말한다 신소재물론 일련의 근력 테스트를 통과해야 하지만 이것이 바로 그와 그의 동료들이 오랫동안 찾고 있던 것 같습니다.
오바야시는 이미 약 635m 높이의 텔레비전 타워용 고속 엘리베이터를 건설했습니다.
NASA는 이제 우주 리프트의 비밀 개발에도 밀접하게 관여하고 있습니다. 미래에는 거대한 행성간 우주선의 일부를 궤도로 운반하고 우주에서 조립하는 것이 가능할 것입니다. 이러한 프로젝트는 우주선의 도움을 통해서만 실현될 수 있습니다.
그러나 가장 중요한 것은 우주엘리베이터를 최초로 건설할 국가가 우주화물 운송 분야를 수세기 동안 독점하게 될 것이라는 점이다.
과학에 대한 일러스트레이션 - 판타지 소설킴 스탠리 로빈슨 "Green Mars" 피처링
화성의 우주엘리베이터.
21세기에 엘리베이터는 더 이상 짐을 특정 높이까지 들어 올리는 단순한 장치가 아닙니다. 속도와 적재 용량이 증가함에 따라 엘리베이터는 차량과 더욱 유사해지고 있습니다.
대표적인 사례가 일본의 자동차 대기업 미쓰비시(Mitsubishi)다. 엔지니어들은 시속 60km의 속도로 상승할 수 있는 엘리베이터를 개발했습니다. 그러나 지금 볼 수 있듯이 이것이 한계가 아닙니다.
물론 이러한 엘리베이터는 세계에서 가장 높은 건물인 초고층 건물용으로 설계되었습니다. 그리고 엘리베이터가 작동하는 한 건물이 어느 나라에 있는지는 중요하지 않습니다. 그리고 어떻게 사람을 50층 높이까지 올릴 수 있습니까? 그리고 100에? 상승 속도가 동일하게 유지된다면 시간은 믿을 수 없을 정도로 느리게 흐를 것입니다. 따라서 엘리베이터의 용량은 매일 증가하고 있습니다.
이 사업의 최고는 일본인입니다. Obayashi Corporation은 반성하여 초고층 빌딩이 한계와는 거리가 멀다고 발표했습니다. 회사의 엔지니어들은 우주로 가는 엘리베이터를 만듭니다. 제작 시기 - 약 40년. 아마도 2050년에는 거대한 공사가 완료될 것입니다.
수십 명을 태울 수 있도록 엘리베이터 객실을 최대한 넓게 만들 계획입니다. 사람들은 우주에 갈 때까지 일어날 것입니다. 기술적으로는 가능합니다. 결국 일본 엔지니어들은 탄소 나노튜브로 만든 특수 케이블을 개발했습니다. 이 재료는 세계에서 가장 강한 강철보다 거의 20배 더 강하며 이에 대한 다큐멘터리를 온라인에서 볼 수 있습니다. 또한 엘리베이터는 시속 200km의 속도로 상승하며 이는 일주일에 36,000km의 높이에 도달한다는 것을 의미합니다.
그러한 프로젝트에 누가 돈을 할당할지 말하기는 어렵습니다. 결국, 우주 엘리베이터의 개발은 20세기 초에 이에 대한 이론을 시작으로 수년 동안 진행되어 왔습니다.
보통 그렇죠 야심찬 프로젝트 NASA 직원이 인계를 받고 있지만 이제 그들은 미국 전체와 마찬가지로 경제 분야에서 큰 문제를 안고 있습니다.
일본인이 그런 대규모 프로젝트를 추진할 것인가? 그 자체로 비용을 지불하고 실제 이익을 가져올 수 있습니까? 우리는 이러한 질문에 답할 수 없습니다. 그러나 일본인들이 수십 년 뒤의 범주에 대해 생각한다는 사실은 계획이 러시아 사고방식의 가장 강력한 특징이 아니라는 점을 다시 한 번 상기시켜 줍니다.
이런 식으로 일본에서 과학이 대중화되는 한, 과학을 먹여살리는 마케팅, 경제와 밀접한 관련이 있는 기술 부문에 대해 두려워할 필요가 없습니다.
일본은 2050년까지 우주로 가는 엘리베이터를 건설할 예정이다.
이 장치는 사람과 화물을 우주정거장까지 실어 나를 수 있을 것이며, 우주정거장 역시 미래에 나타날 것이다.
일본 기업 오바야시(Obayashi)는 2050년까지 우주에 엘리베이터를 건설하겠다는 계획을 밝혔다. 일본은 고도 60,000마일까지 올라갈 수 있고 사람과 화물을 먼 미래에도 나타날 우주정거장에 전달할 수 있을 것이라고 약속합니다. ABC 뉴스에서 보도했습니다.
건축업자들은 또한 새로운 엘리베이터가 우주 왕복선보다 더 안전하고 저렴할 것이라고 확신합니다. 현재 셔틀로 화물 1kg을 보내는 데 드는 비용은 약 22,000달러입니다. 그리고 공상과학 장치인 오바야시(Obayashi)는 같은 돈으로 최대 200kg까지 운반할 수 있습니다.
건설사 경영진은 탄소나노소재의 등장으로 이러한 운송 시스템의 출현이 가능해질 것이라고 믿고 있다. Obayashi의 임원인 Yoji Ishikawa에 따르면 엘리베이터 케이블은 강철보다 100배 더 강한 미래형 나노튜브가 될 것이라고 합니다. 지금은 긴 케이블을 만들 수 없습니다. 우리는 여전히 3cm 나노튜브를 만들 수 있지만 2030년에는 성공할 것이라고 그는 말했습니다. 그는 엘리베이터가 단 일주일 만에 최대 30명을 우주정거장까지 수송할 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.
오바야시는 자신의 엘리베이터가 우주 여행에 혁명을 일으킬 것이라고 믿습니다. 회사는 이 프로젝트에 참여하기 위해 일본의 모든 대학에서 학생들을 모집합니다. 그녀는 또한 외국 과학자들과 협력하기를 희망합니다.
일본의 엘리베이터는 세계 최고로 평가됩니다. 일본 회사도 지구상에서 가장 빠른 엘리베이터를 개발하고 있습니다. Hitachi는 이를 중국의 초고층 빌딩 중 하나에 제공할 예정입니다. 이 엘리베이터는 최대 시속 72km의 속도에 도달할 수 있으며 높이 440m, 즉 95층까지 올라갈 수 있다.
50년 전, 사람들은 우리의 시공간 비행이 수년간 여행했던 것처럼 접근 가능하다고 믿었습니다. 대중 교통. 불행히도 이러한 희망은 실현되지 않았습니다. 그러나 아마도 2050년에는 이미 엘리베이터를 타고 우주로 들어가는 것이 가능할 것입니다. 이 차량의 개념은 일본 회사 Obayashi Corporation에서 제시했습니다.
엘리베이터는 다릅니다! 일반 엘리베이터가 있고, 욕실에 엘리베이터가 있고, 수족관 내부에 엘리베이터가 있는데, 오바야시 주식회사는 수십 년 안에 우주로 엘리베이터를 발사할 것을 약속합니다! 실제로 NASA 우주국의 감독을 받는 전 세계 여러 과학 및 엔지니어링 그룹이 이러한 기술 개발에 동시에 참여하고 있습니다. 그러나 일본인에 따르면 이 과정은 매우 느리기 때문에 Obayashi Corporation은 우주 엘리베이터의 독자적인 개발에 참여하기로 결정했습니다.
NASA 대회의 주요 성과는 우주 엘리베이터 제작 가능성을 입증했다는 것입니다. Obayashi Corporation은 이 특이한 제품을 출시할 것을 약속합니다. 차량벌써 2050년까지!
이 엘리베이터는 지구에서 고도 36,000km에 위치한 우주 정거장까지 연결됩니다. 그러나 케이블 길이는 96,000km입니다. 이는 궤도 균형추를 만드는 데 필요합니다. 앞으로는 엘리베이터 경로를 확장하는 데 사용될 수 있습니다.
소식 과학자들은 우주에 다이아몬드 엘리베이터를 건설할 준비가 되어 있습니다휴대폰, iPad, iPhone, Android 및 기타 장치에서 읽을 수 있습니다.
펜실베니아 주립 대학의 과학자들은 달로 가는 우주 엘리베이터에 이상적인 초박형 다이아몬드 나노실을 만드는 방법을 발견했습니다. 전문가들은 이전에 다이아몬드 나노와이어가 우주로 가는 엘리베이터용 케이블을 만드는 데 이상적인 재료가 될 수 있다고 제안했습니다.
화학 교수인 John Badding이 이끄는 과학자 팀은 분리된 벤젠 분자에 대해 액체 매질에서 교번적인 압력 주기를 만들었습니다. 전문가들은 탄소 원자가 질서정연하고 깔끔하게 구성된 사슬에 모인 결과에 놀랐다. 과학자들이 인간 머리카락보다 20,000배 작은 나노실을 만들었습니다. 하지만 지구상에서 가장 내구성이 뛰어난 소재는 아마도 다이아몬드 체인일 것입니다.
최근에는 호주 퀸즈랜드 공과대학(Queensland University of Technology) 팀이 대규모 분자 역학 연구를 사용하여 다이아몬드 나노와이어의 레이아웃을 모델링했습니다. 물리학자들은 분자 구조를 올바르게 선택하면 그러한 물질이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 유연할 가능성이 있다는 결론에 도달했습니다.
과학자들은 다이아몬드 실의 신장으로 인해 결국 결과물이 매우 부서지기 쉬울 것이라고 가정했지만, 연구 결과는 그렇지 않다는 것이 입증되었습니다. 따라서 탄소나노필라멘트는 1895년에 처음 제안된 개념인 달로 가는 엘리베이터용 케이블 등 우주 활용 가능성이 높습니다.
출처: spaceon.ru, www.bfm.ru, dlux.ru, news.ifresh.ws, mirkosmosa.ru
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우주 엘리베이터
나노기술이 인간의 눈에 보이지 않는 초미세한 무언가만을 창조할 수 있다고 생각하는 사람이라면 아마도 2019년에 개발되고 있는 프로젝트에 놀랄 것입니다. 최근에 NASA 출신의 전문가로 과학자와 일반 대중의 많은 관심을 받았습니다. 그것은 관하여소위 우주 엘리베이터 프로젝트에 대해.
우주 엘리베이터는 궤도를 돌고 있는 우주 정거장과 태평양 한가운데에 위치한 플랫폼을 연결하는 수만 킬로미터 길이의 케이블입니다.
우주 엘리베이터에 대한 아이디어는 한 세기가 넘었습니다. 1895년에 그에 대해 처음으로 언급한 사람은 현대 우주 비행의 창시자인 러시아의 위대한 과학자 콘스탄틴 치올코프스키였습니다. 그는 현대 로켓 과학의 기본 원리가 현대 발사체의 발사를 허용하지 않는다고 지적했습니다. 효과적인 도구화물을 우주로 운반하는 것. 여기에는 몇 가지 이유가 있습니다.
첫째, 현대 로켓의 효율성은 1단 엔진의 출력 중 가장 큰 부분이 중력을 극복하는 데 사용된다는 사실로 인해 매우 낮습니다.
둘째, 연료 질량이 몇 배 크게 증가하면 속도가 약간만 증가하는 것으로 알려져 있습니다.로켓. 왜냐하면 예를 들어 미국인은 미사일 시스템발사 중량이 2900톤인 Saturn_Apollo는 129톤만 궤도에 진입시켰습니다. 따라서 로켓을 사용하여 우주를 발사하는 데 드는 천문학적인 비용(1kg의 화물을 저궤도로 보내는 데 드는 비용은 평균 약 $10,000입니다.)
그리고 로켓 발사 비용을 줄이려는 반복적인 시도에도 불구하고, 현대 로켓 기술을 기반으로 물품과 사람을 궤도로 운송하는 비용을 표준 항공 여행 비용으로 근본적으로 줄이는 것으로 보입니다.
근본적으로 불가능합니다.
더 저렴한 방법으로 화물을 우주로 보내기 위해 로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory)의 연구원들은 우주 엘리베이터를 만들 것을 제안했습니다. 예비 추정에 따르면 엘리베이터를 사용하여 화물을 발사하는 데 드는 비용은 킬로그램당 수만 달러에서 10달러로 줄어들 수 있습니다. 과학자들은 믿는다.
우주 엘리베이터가 할 수 있는 일 문자 그대로세상을 뒤집어 인류에게 완전히 새로운 기회를 제공합니다.
본질적으로 엘리베이터는 궤도 스테이션과 지구 표면의 플랫폼을 연결하는 케이블이 될 것이며, 크롤러 부스는 케이블을 위아래로 움직이며 궤도로 발사될 위성과 탐사선을 운반하게 됩니다. 이 엘리베이터를 맨 꼭대기에 설치하면 달, 화성, 금성, 소행성으로 가는 우주선을 위한 발사대를 우주 공간에 건설하는 것이 가능해집니다. 엘리베이터 "캐빈" 자체에 에너지를 공급하는 문제는 독창적인 방식으로 해결되었습니다. 케이블은 태양광 패널로 덮이거나 캐빈에는 강력한 레이저로 지구에서 조명을 받는 소형 광전지 패널이 장착됩니다.
과학자들은 바다, 적도 해역에 지상 우주 엘리베이터 기지를 배치할 것을 제안합니다. 태평양, 상업용 항공 노선에서 수백 킬로미터 떨어져 있습니다. 허리케인은 결코 적도를 넘지 않으며 여기에는 번개가 거의 없기 때문에 엘리베이터에 추가적인 보호 기능을 제공하는 것으로 알려져 있습니다.
우주 엘리베이터는 Tsiolkovsky와 SF 작가 Arthur Clark의 작품에 설명되어 있으며 이러한 엘리베이터 건설 프로젝트는 1960년 레닌그라드 엔지니어 Yuri Artsutanov에 의해 개발되었습니다. 수년 동안 아스트라한은 우주 엘리베이터 아이디어를 적극적으로 선전했습니다.
과학자 G.Polyakov.
그러나 지금까지 우주 케이블을 만들 수 있을 만큼 가볍고 강한 재료를 제공한 사람은 아무도 없었습니다. 최근까지 강철은 가장 강한 재료였습니다. 그러나 강철로 수천 킬로미터 길이의 케이블을 만드는 것은 불가능합니다. 단순화된 계산이라도 필요한 강도의 강철 케이블은 이미 50km 높이에서 자체 무게로 인해 무너질 것이기 때문입니다.
그러나 나노기술의 발달로 초강력, 초경량 탄소나노튜브의 섬유를 기반으로 원하는 특성을 갖는 케이블을 만들 수 있는 진정한 기회가 나타났으며, 지금까지 1미터 길이의 케이블도 만들지 못했습니다. 하지만 프로젝트 개발자의 확신에 따르면 나노튜브 생산 기술은 나날이 향상되고 있으므로 이러한 케이블은 몇 년 안에 완성될 수도 있습니다.
리프트의 주요 요소는 케이블로, 한쪽 끝은 지구 표면에 연결되고 다른 쪽 끝은 약 100,000km 고도의 우주에서 손실됩니다. 이 케이블은 단지 "매달려" 있지 않습니다. 대기권 밖, 그러나 두 가지 다방향 힘의 작용으로 인해 끈처럼 늘어납니다.
도망자이자 구심자.
그 특성을 이해하려면 물체를 밧줄에 묶어 회전시키기 시작했다고 상상해 보십시오. 특정 속도를 얻으면 원심력이 물체에 작용하고 구심력이 로프 자체에 작용하여 잡아 당기기 때문에 로프가 늘어납니다. 케이블을 우주로 들어올리면 비슷한 일이 일어날 것입니다. 상단에 있는 모든 물체 또는 심지어 자유 끝 자체도 우리 행성의 인공 위성처럼 특수 "로프"에 의해 지구 표면에 "묶인" 것처럼 회전합니다.
힘의 균형은 거대한 로프의 질량 중심이 고도 36,000km, 즉 소위 정지 궤도에 있을 때 발생합니다. 인공위성이 지구 위에 움직이지 않고 매달려 24시간 만에 완전한 혁명을 일으키는 곳이 바로 그곳입니다. 이 경우, 그것은 늘어날 뿐만 아니라 지구 지평선에 수직으로, 정확히 우리 행성의 중심을 향해 엄격하게 정의된 위치를 지속적으로 차지할 수 있습니다.
그림 24. 아티스트 Pat Rawlings*의 우주 엘리베이터
http://flightprojects.msfc.nasa.gov에서 재인쇄됨
우주 엘리베이터 건설을 시작하려면 우주 왕복선을 타고 몇 차례 비행해야 합니다. 이들과 자율 엔진을 갖춘 특수 플랫폼은 정지 궤도에 20톤의 밧줄을 운반할 것입니다. 그런 다음 케이블의 한쪽 끝을 지구로 낮추고 현재 로켓 발사용 발사대와 유사한 플랫폼의 태평양 적도 지역 어딘가에 고정해야 합니다.
그런 다음 케이블을 따라 특수 호이스트를 출시하여 케이블에 나노튜브 코팅층을 점점 더 추가하여 강도를 높일 것으로 예상합니다. 이 과정은 몇 년이 걸리며 최초의 우주 엘리베이터가 준비될 것입니다.
흥미로운 우연: 1979년 SF 작가 아서 C. 클라크(Arthur C. Clarke)는 자신의 소설 "천국의 분수"에서 "우주 엘리베이터"에 대한 아이디어를 제시하고 강철을 일종의 초강력 "유사 엘리베이터"로 대체할 것을 제안했습니다. -차원 다이아몬드 크리스탈'이 이 장치의 주요 건축 자재가 되었습니다. 가장 흥미로운 점은 Clark이 거의 추측했다는 것입니다.우주 엘리베이터 건설 프로젝트에 대한 현재 관심 단계는 우리가 이미 만난 놀라운 특성을 가진 나노튜브인 탄소 결정과 정확하게 연결되어 있습니다.
그리고 정말 놀라운 점은 우주 엘리베이터 개발에 참여한 물리학자 중 한 사람이 Ron Morgan이라는 것입니다. Morgan은 Arthur Clarke의 소설에 등장하는 우주 엘리베이터를 만든 엔지니어의 이름이기도 합니다!
문명화된 경제 선진국의 위기와 제재 전쟁에도 불구하고 우주 비행에 대한 관심은 크다. 이는 로켓 과학의 발전과 우주선의 도움을 받아 지구 근처 공간, 태양계 행성 및 그 주변 지역에 대한 연구의 성공에 의해 촉진됩니다. 점점 더 많은 주가 포함됩니다. 우주 경쟁. 중국과 인도는 우주 발전에 대한 야망을 큰 소리로 선언하고 있습니다. 외부 항공편에 대한 러시아, 미국 및 유럽의 국가 구조 독점 지구의 대기. 기업에서는 사람과 물품을 우주 궤도로 운송하는 데 점점 더 많은 관심을 보이고 있습니다. 우주를 사랑하는 열성팬이 이끄는 기업이 등장했습니다. 그들은 우주 탐험의 도약을 가능하게 할 새로운 발사체와 신기술을 모두 개발하고 있습니다. 어제까지만 해도 실현 불가능하다고 여겨졌던 아이디어가 진지하게 고려되고 있습니다. 그리고 SF 작가들의 불타는 상상력의 산물이라고 생각되었던 것이 이제 가까운 미래에 구현될 수 있는 프로젝트 중 하나가 되었습니다.
그러한 프로젝트 중 하나가 우주 엘리베이터일 수 있습니다.
이것이 얼마나 현실적입니까? BBC 저널리스트 Nick Fleming은 그의 기사 "Elevator in 궤도: SF아니면 시간 문제인가?”라는 문구가 우주에 관심 있는 이들의 이목을 집중시킨다.
궤도로 가는 엘리베이터: 공상 과학 소설인가, 아니면 시간 문제인가?
사람과 화물을 지구 표면에서 궤도까지 운반할 수 있는 우주 엘리베이터 덕분에 인류는 환경에 유해한 로켓 사용을 중단할 수 있습니다. 그러나 BBC Future 특파원이 알아냈듯이 그러한 장치를 만드는 것은 쉽지 않습니다.
신기술 개발에 대한 예측과 관련하여 많은 사람들은 고속 승객 인 Hyperloop에 대한 아이디어를 생각해 낸 비정부 연구 부문의 리더 중 한 명인 백만장 자 Elon Musk를 고려합니다. 로스앤젤레스와 샌프란시스코 간 파이프라인 프로젝트가 권위가 될 것입니다.(이동 시간은 단 35분입니다.) 하지만 머스크조차 현실적으로 불가능하다고 생각하는 프로젝트가 있다. 예를 들어, 우주 엘리베이터 프로젝트.
머스크는 지난 가을 MIT에서 열린 컨퍼런스에서 "이것은 너무 기술적인 도전이다. 실제로 우주 엘리베이터를 만들 수 있을 것 같지 않다"고 말했다. 그의 의견으로는 궤도에 엘리베이터를 건설하는 것보다 로스앤젤레스와 도쿄 사이에 다리를 건설하는 것이 더 쉽다고 합니다.
지구의 자전으로 고정된 거대한 밧줄을 따라 위쪽으로 미끄러지는 캡슐 내부에 사람과 화물을 우주로 보내는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. Arthur C. Clarke와 같은 공상 과학 작가의 작품에서도 비슷한 설명을 찾을 수 있습니다. 그러나 이 개념은 아직 실제로 실현 가능한 것으로 간주되지 않습니다. 어쩌면 이 극도로 어려운 기술적 문제를 우리가 해결할 수 있다는 자신감은 사실은 자기기만에 불과한 것이 아닐까?
우주 엘리베이터 애호가들은 우주 엘리베이터를 만드는 것이 가능하다고 믿습니다. 그들의 의견으로는 독성 연료를 사용하는 로켓은 구식이고 인간과 자연에 위험하며 지나치게 비용이 많이 드는 우주 수송 형태입니다. 제안된 대안은 본질적으로 궤도에 놓인 철도입니다. 초강력 케이블의 한쪽 끝은 지구 표면에 고정되고 다른 쪽 끝은 지구 동기 궤도에 위치한 균형추에 연결되어 지속적으로 한 지점에 매달려 있습니다. 지구 표면. 리프트 캐빈은 케이블을 따라 위아래로 움직이는 전기 기계입니다. 우주 엘리베이터 덕분에 화물을 우주로 보내는 비용은 킬로그램당 500달러로 줄어들 수 있습니다. 국제 우주 학회(IAA)의 최근 보고서에 따르면 이 수치는 현재 킬로그램당 약 20,000달러입니다.
우주 엘리베이터 애호가들은 로켓 발사 기술이 궤도에 진입하는 것이 해롭다고 지적합니다.
"이 기술은 경이로운 가능성을 열어주며 인류에게 태양계 ISEC 국제 우주 엘리베이터 컨소시엄의 회장이자 IAA 보고서의 공동 저자인 Peter Swan은 말합니다. "제 생각에는 최초의 엘리베이터가 자동으로 작동할 것이며, 10~15년 후에는 이미 6~8개의 이러한 장치를 보유하게 되어 사람을 태울 수 있을 만큼 안전할 것입니다."
아이디어의 기원
어려움은 그러한 구조물의 높이가 최대 100,000km 여야한다는 것입니다. 이는 지구의 적도 2 개 이상입니다. 따라서 구조물은 자체 무게를 지탱할 수 있을 만큼 튼튼해야 합니다. 지구상에는 필요한 강도 특성을 갖춘 재료가 없습니다.
그러나 일부 과학자들은 이 문제가 금세기에 이미 해결될 수 있다고 생각합니다. 큰 일본어 건설 회사는 2050년까지 우주 엘리베이터를 건설할 계획이라고 발표했습니다. 그리고 미국 연구자들은 최근 압축된 벤젠 나노필라멘트를 기반으로 새로운 다이아몬드 같은 물질을 만들었습니다. 이 물질의 강도는 우리 생애에 걸쳐 우주 엘리베이터를 현실로 만들 수 있을 것으로 추정됩니다.
우주 엘리베이터의 개념은 1895년 Konstantin Tsiolkovsky가 처음으로 고려했습니다. 파리에 새로 건설된 에펠탑의 예에서 영감을 받은 한 러시아 과학자는 로켓을 사용하지 않고도 우주선을 궤도로 운반할 수 있는 거대한 타워 건설의 물리적 측면을 연구하기 시작했습니다. 나중에 1979년 SF 작가 아서 C. 클라크(Arthur C. Clarke)는 소설 "천국의 분수"에서 이 주제를 언급했습니다. 주인공현재 논의 중인 프로젝트와 설계가 유사한 우주 엘리베이터를 건설합니다.
문제는 아이디어를 어떻게 현실화하느냐이다. University College London의 고도, 우주 및 극한의학 센터 설립자인 Kevin Fong은 "나는 우주 엘리베이터 개념의 대담함을 좋아합니다."라고 말합니다. "나는 이것이 사람들에게 왜 그렇게 매력적으로 보이는지 알 수 있습니다. 지구의 낮은 궤도에 저렴하고 안전하게 도달할 수 있는 능력은 우리에게 태양계의 전체 내부 영역을 열어줍니다."
보안 문제들
하지만 우주엘리베이터를 만드는 것은 쉽지 않을 것이다. “먼저 케이블은 이동하는 차량의 무게를 지탱하는 데 필요한 무게와 밀도 특성을 갖고 동시에 일정한 측면 힘을 견딜 수 있는 초강력이면서 유연한 소재로 만들어져야 합니다. 이제 그러한 재료는 존재하지 않습니다.”라고 Fong은 말합니다. - 또한 이러한 엘리베이터를 건설하려면 가장 집중적인 사용이 필요합니다. 우주선그리고 출구가 가장 많은 대기권 밖인류 역사 전반에 걸쳐." 
그는 안전 문제를 무시할 수 없다고 말했습니다. "엘리베이터 건설과 관련된 엄청난 기술적 어려움을 극복하더라도 결과적으로 구조물은 우주선의 궤도를 벗어나 끊임없이 우주 잔해를 폭격하는 거대하고 늘어진 끈이 될 것입니다."
관광객들이 엘리베이터를 이용해 우주로 갈 수 있을까요?
지난 12년 동안 세 가지 우주 엘리베이터의 세부 설계가 전 세계에 발표되었습니다. 첫 번째는 2003년에 출판된 "Space Elevators"라는 책에서 Brad Edwards와 Eric Westling에 의해 설명되었습니다. 이 엘리베이터는 지구에 위치한 레이저 설치의 에너지로 인해 20톤 화물을 운송하도록 설계되었습니다. 예상 운송비는 1kg당 150달러, 사업비는 60억 달러로 추산된다.
2013년에 IAA는 자체 프로젝트에서 이 개념을 개발하여 다음을 제공했습니다. 보호 강화캐빈을 들어 올리다 기상최대 고도 40km. 여기서 캐빈이 궤도로 이동하는 것은 이미 태양 에너지로 인한 것입니다. 운송 비용은 킬로그램당 500달러이고, 처음 두 대의 엘리베이터를 만드는 데 드는 비용은 130억 달러입니다.
우주 엘리베이터에 대한 초기 개념은 케이블을 팽팽하게 유지하도록 설계된 우주 평형추 문제에 대한 다양한 가능한 솔루션을 제안했으며, 이러한 목적을 위해 포획되어 원하는 궤도로 전달되는 소행성을 사용하는 것도 포함되었습니다. IAA 보고서는 언젠가 그러한 솔루션을 구현하는 것이 가능할 수도 있지만 가까운 시일 내에 구현이 불가능할 것이라고 지적합니다.
띄우는 닻"
6300톤의 케이블을 고정하려면 균형추의 무게가 1900톤이 되어야 합니다. 부분적으로는 엘리베이터를 만드는 데 사용되는 우주선과 기타 보조 차량으로 구성될 수 있습니다. 근처의 소모된 위성을 새로운 궤도로 견인하여 사용하는 것도 가능합니다.
그들은 또한 케이블을 지구에 고정하는 "앵커"를 대형 유조선이나 항공모함 크기의 부동 플랫폼 형태로 만들고 운반 능력을 높이기 위해 적도 근처에 배치할 것을 제안합니다. 허리케인, 토네이도, 태풍이 거의 발생하지 않는 갈라파고스 제도에서 서쪽으로 1000km 떨어진 지역이 "앵커"의 최적 위치로 제안되었습니다.
우주 잔해는 우주 엘리베이터 밧줄의 상단 끝에서 균형추로 사용될 수 있습니다.
일본의 5대 건설 회사 중 하나인 Obayashi Corporation은 작년에 자동 자기 부상 부스를 탑재할 수 있는 보다 견고한 우주 엘리베이터를 건설할 계획을 발표했습니다. 고속철도에도 유사한 기술이 사용됩니다. 일본 엘리베이터는 사람을 수송하는 데 사용되기 때문에 더 강한 케이블이 필요합니다. 프로젝트 비용은 1,000억 달러로 추산되며, 화물을 궤도로 운송하는 데 드는 비용은 킬로그램당 50~100달러가 될 수 있습니다.
이러한 엘리베이터를 제작하는 데에는 의심할 여지 없이 기술적 어려움이 많겠지만 실제로 아직 만들 수 없는 유일한 구조적 요소는 케이블 자체뿐이라고 Swan은 말합니다. “남아 있는 유일한 기술적 문제는 적합한 재료를 선택하는 것입니다. 케이블을 만들기 위한 것입니다. 나머지는 지금 우리가 만들 수 있는 모든 것입니다."
다이아몬드 실
~에 이 순간케이블에 가장 적합한 소재는 1991년 실험실에서 만들어진 탄소나노튜브이다. 이 원통형 구조는 인장강도가 63기가파스칼로 가장 강한 강철보다 약 13배 더 강하다.
이러한 나노튜브의 달성 가능한 최대 길이는 지속적으로 증가하고 있습니다. 2013년에 중국 과학자들은 이를 0.5미터로 끌어올렸습니다. IAA 보고서의 저자들은 2022년에는 길이가 1킬로미터에 도달하고 2030년에는 도달할 것이라고 예측했습니다. 우주 엘리베이터에 사용하기에 적합한 길이의 나노튜브를 만드는 것이 가능할 것입니다.
그러던 중 지난해 9월 초강력 새로운 소재가 등장했다. 재료과학 저널 네이처 머터리얼즈(Nature Materials)에 게재된 논문에서 펜실베이니아대 존 배딩(John Badding) 화학 교수가 이끄는 과학자팀은 초박형 '다이아몬드 나노와이어' 제작을 보고했다. "실험실에서는 탄소나노튜브보다 더 강할 수도 있습니다.
과학자들은 대기압의 200,000배에서 액체 벤젠을 압축합니다. 그런 다음 압력을 서서히 낮추자 벤젠 원자가 재배열되어 피라미드형 사면체의 고도로 정렬된 구조가 생성되는 것으로 나타났습니다.
그 결과 다이아몬드와 구조가 매우 유사한 매우 얇은 필라멘트가 형성되었습니다. 크기가 매우 작기 때문에 강도를 직접 측정할 수는 없지만 이론적 계산에 따르면 이 실은 현존하는 가장 강한 합성 소재보다 더 강할 수 있습니다.
위험 감소
"만약 우리가 적절한 길이와 품질의 다이아몬드 나노와이어나 탄소 나노튜브를 만들 수 있다면, 우리는 그것들이 우주 엘리베이터에 사용될 만큼 충분히 강할 것이라고 확신할 수 있습니다"라고 Badding은 말했습니다.
그러나 케이블에 적합한 재료를 찾는 것이 가능하더라도 구조를 조립하는 것은 매우 어려울 것입니다. 아마도 프로젝트의 안전, 필요한 자금 및 경쟁 이익의 유능한 육성과 관련된 어려움이 있을 것입니다. 그러나 이것이 스완을 멈추지는 않습니다.
어떤 식으로든 인류는 우주를 위해 노력하고 있으며 우주에 많은 돈을 쓸 준비가 되어 있습니다.
“물론 우리는 큰 어려움에 직면하겠지만, 첫 번째 대륙 횡단 건설 과정에서 문제를 해결해야 했습니다. 철도[미국에서] 그리고 파나마와 수에즈 운하 건설에서도 그는 말합니다. "많은 시간과 비용이 소요되지만 여느 대규모 프로젝트와 마찬가지로 문제가 발생하는 대로 해결하는 동시에 가능한 위험을 점진적으로 줄여야 합니다."
Elon Musk조차도 우주 엘리베이터를 만들 가능성을 단호히 무시할 준비가 되어 있지 않습니다. 그는 지난해 매사추세츠 공과대학(MIT)에서 열린 컨퍼런스에서 "이 아이디어가 오늘날 실현 가능하다고는 생각하지 않는다. 그러나 누군가가 그렇지 않다는 것을 증명할 수 있다면 정말 좋을 것"이라고 말했다.
우주 엘리베이터 건설은 이미 우리의 엔지니어링 역량 범위 내에 있지만, 안타깝게도 최근 이 구조물을 둘러싼 열정이 사그라들었습니다. 그 이유는 과학자들이 아직 산업 규모로 요구되는 강도의 탄소나노튜브를 생산할 수 있는 기술을 확보하지 못하고 있기 때문이다.
로켓이 아닌 화물을 궤도에 발사한다는 아이디어는 이론적 우주론을 창시한 사람인 Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky가 제안했습니다. 그는 파리에서 본 에펠탑에서 영감을 받아 우주 엘리베이터에 대한 자신의 비전을 매우 높은 탑의 형태로 묘사했습니다. 그 끝은 단지 지구 중심 궤도에 있을 것입니다.
엘리베이터 타워는 압축을 방지하는 견고한 소재를 기반으로 하지만 현대적인 아이디어우주 엘리베이터는 여전히 장력이 강해야 하는 케이블 버전을 고려하고 있습니다. 이 아이디어는 1959년에 또 다른 러시아 과학자 유리 니콜라예비치 아르투타노프(Yuri Nikolaevich Artsutanov)에 의해 처음 제안되었습니다. 첫 번째 과학적 연구케이블 형태의 우주 엘리베이터에 대한 상세한 계산이 1975년에 출판되었고, 1979년 Arthur C. Clarke는 그의 작품 The Fountains of Paradise에서 이를 대중화했습니다.
나노튜브는 현재 가장 내구성이 뛰어난 재료로 인식되고 있으며, 정지궤도 위성에서 뻗은 케이블 형태의 엘리베이터를 만드는 데 적합한 유일한 재료이지만, 실험실에서 얻은 나노튜브의 강도는 아직 계산하기에는 충분하지 않습니다.
이론적으로 나노튜브의 강도는 120GPa 이상이어야 하지만, 실제로 단일벽 나노튜브의 최고 신장성은 52GPa였으며, 평균적으로 30~50GPa 범위에서 끊어졌다. 우주 엘리베이터에는 65~120GPa 강도의 재료가 필요합니다.
지난해 말 미국 최대 페스티벌에서 다큐멘터리 DocNYC는 NASA의 X-Prize 대회 참가자를 포함하여 우주 엘리베이터를 건설하려는 미국 엔지니어의 시도를 설명하는 영화 Sky Line을 상영했습니다.
영화의 주인공은 브래들리 에드워즈와 마이클 레인이다. 에드워즈는 1998년부터 우주 엘리베이터 아이디어를 연구해온 천체 물리학자다. Lane은 탄소 나노튜브의 상업적 사용을 촉진하는 LiftPort의 기업가이자 창립자입니다.
90년대 후반과 2000년대 초반, NASA로부터 보조금을 받은 Edwards는 우주 엘리베이터에 대한 아이디어를 면밀히 개발하여 프로젝트의 모든 측면을 계산하고 평가했습니다. 그의 모든 계산은 이 아이디어가 실현 가능하다는 것을 보여줍니다. 케이블에 충분히 강한 섬유가 있는 경우에만 가능합니다.
Edwards는 엘리베이터 프로젝트에 대한 자금 조달을 위해 한동안 LiftPort와 제휴했지만 내부 의견 차이로 인해 프로젝트는 실현되지 않았습니다. LiftPort는 2007년에 문을 닫았습니다. 비록 1년 전, 일부 기술 시연의 일환으로 풍선에 매달린 1마일 길이의 수직 케이블을 오르는 로봇을 성공적으로 시연했습니다.
재사용 가능한 로켓에 초점을 맞춘 개인 공간은 가까운 미래에 우주 엘리베이터 개발을 완전히 대체할 수 있습니다. 그에 따르면 우주 엘리베이터는 물품을 궤도로 운반하는 더 저렴한 방법을 제공하고 이러한 운반 비용을 줄이기 위해 재사용 가능한 로켓이 정확하게 개발되고 있기 때문에 매력적입니다.
Edwards는 아이디어가 정체된 이유를 프로젝트에 대한 실질적인 지원이 부족했기 때문이라고 비난합니다. “전 세계에 흩어져 있는 수백 명의 사람들이 취미로 개발하는 프로젝트의 모습입니다. 실질적인 지원과 중앙집중적인 통제가 이루어지기 전까지는 심각한 진전은 없을 것입니다.”
일본에서 우주 엘리베이터 아이디어가 개발되면서 상황은 달라졌습니다. 일본은 로봇 공학 분야의 업적으로 유명하며, 일본의 물리학자 이지마 수미오(Sumio Iijima)는 나노튜브 분야의 선구자로 간주됩니다. 이곳의 우주엘리베이터 아이디어는 거의 전국적이다.
일본 기업인 오바야시(Obayashi)는 2050년까지 업무용 엘리베이터를 갖추겠다고 약속했습니다. 이 회사의 요지 이시카와(Yoji Ishikawa) 사장은 기존 나노튜브 기술을 개선하기 위해 민간 계약자 및 지역 대학과 협력하고 있다고 말했습니다.
Ishikawa는 회사가 프로젝트의 복잡성을 이해하지만 구현에 근본적인 장애물이 없다고 말합니다. 그는 또한 일본에서 우주 엘리베이터 아이디어가 인기를 얻은 것은 지난 수십 년 동안의 어려운 경제 상황을 배경으로 사람들을 결속시킬 일종의 국가적 아이디어가 필요하기 때문이라고 믿습니다.
Ishikawa는 이 정도 규모의 아이디어가 오직 다음을 통해서만 실현될 수 있다고 확신합니다. 국제협력, 일본은 우주 엘리베이터의 큰 인기로 인해 기관차가 될 수 있습니다.
한편, 캐나다 우주 및 방위 기업인 Thoth Technology는 지난 여름 우주 엘리베이터 변형에 대해 미국 특허 #9,085,897을 받았습니다. 보다 정확하게는 압축가스로 인해 강성을 유지하는 타워를 건설하는 개념입니다.
타워는 기존 로켓을 사용하여 이미 궤도로 발사될 높이 20km까지 화물을 운송해야 합니다. 회사의 계산에 따르면 이러한 중간 옵션은 로켓에 비해 연료를 최대 30% 절약할 수 있습니다.
