"Niedługo" każdy wjedzie do kosmosu. To tylko kwestia czasu

Poczuć stan nieważkości. Zobaczyć Ziemię z oddali. O wizycie w kosmosie marzy wielu, ale nieliczni mogliby sobie dziś na to pozwolić. A co gdyby istniała prostsza i tańsza metoda? Na przykład wejść do windy i nacisnąć przycisk? Wielu naukowców od lat wierzy w taki scenariusz.

Choć kosmiczna winda kojarzy się z daleką przyszłością, to dzięki rosyjskiemu badaczowi Konstantinowi Ciołkowskiemu pomysł znany jest już od 1895 roku. Dzisiaj apetyt ludzkości na eksplorację kosmosu jest coraz większy, ale niesie za sobą ogromne koszty.

Elon Musk wraz ze Space X starają się je zmniejszać m.in. używając rakiet wielokrotnego startu. Ale nadal mówimy o milionach dolarów. W głowach inżynierów i naukowców na świecie od dziesięcioleci kiełkuje więc inny pomysł - kosmiczna winda.

Japończycy z firmy Obayashi Future Lab są dzisiaj najbliżej ukończenia tego projektu. Od kilkudziesięciu lat pracują nad kolejnymi krokami do kosmicznej windy. Jak miałaby ona działać?

W skrócie naukowcy widzą to tak. Gdzieś w okolicach równika jest przyczepiona lina, mówi się nawet o sztucznej wyspie jako platformie do jej przytwierdzenia. Po drugiej stronie, na końcu liny, znajduje się przeciwwaga. Na końcu liny, czyli na orbicie geostacjonarnej - 36 tys. kilometrów nad naszymi głowami.

Kapsuła windy w projekcie może pomieścić 30 osób, a jej prędkość wyniesie około 200 km/h. Silniki umieszczone przy "windzie" mają być mechanizmem, dzięki któremu ludzie lub ładunki się "wspinają". Tyle że silniki elektryczne odpadają, bo akumulatory ważą swoje.

Jedynym rozwiązaniem jest działo laserowe. Jeśli jego moc zostanie zamieniona na energię elektryczną, można mówić o sukcesie. Na szczęście ludzkość już dysponuje taką technologią. Jedyną przeszkodą jest lina.

Nastąpił w 1991 roku. - Stworzenie węglowej nanorurki wszystko zmieniło. Pojawienie się tego rozwiązania sprawiło, że projekt stał się bardziej realny. Jeśli będziemy potrafili w pełni wykorzystać ten materiał, wtedy marzenie o kosmicznej windzie stanie się zwykłym zadaniem inżynieryjnym – mówi w rozmowie z WP Tech dr Yoji Ishikawa, starszy inżynier w Obayashi Future Lab.

Jego firma chce, by lina miała długość nie 36 tys., ale 100 tys. kilometrów – mają ambicje "jeździć windą" jeszcze dalej. Jednak do tej pory udało się stworzyć raptem kilka centymetrów. Ishikawa tłumaczy, że istnieje kilka sposobów wytwarzania węglowych nanorurek, ale "na razie żadna z technologii nie jest przełomowa".

Na świecie jest kilkadziesiąt firm, które pracują nad tą technologią. Niestety nie są zainteresowane tworzeniem długich węglowych nanorurek. Fabryce, która tworzy je do celów elektronicznych, nie zależy na samej długości. Ponadto mało firm stawia na rozwój tej technologii i to główny problem wytworzenia długiej liny.

Nie ma wątpliwości co do rewolucyjnych zastosowań kosmicznej windy. Jeśli powstanie, odmieni ludzkość. Nie chodzi tylko o łatwiejszy dostęp do kosmosu czy możliwości eksploracji odległych światów, ale przede wszystkim o obniżenie kosztów.

Aspekt finansowy jest dzisiaj zmorą każdej agencji kosmicznej na świecie. Za wyniesienie 1 kilograma w przestrzeń trzeba zapłacić ok. 22 tysięcy dolarów. Niedużo? Spójrzmy na te wyliczenia przez pryzmat niezbędnych "elementów", które trzeba wysłać – np. astronautów. Przy wadze jednego człowieka wynoszącej 80 kilogramów, mówimy o kosztach transportu rzędu 1,7 miliona dolarów. Czyli jakieś 7 milionów złotych tylko za człowieka. Przy kosmicznej windzie te koszty drastycznie spadają, mówimy o ok. 200 dolarach za kilogram. Wysłanie 80-kilogramowego człowieka może kosztować tylko 16 tysięcy dolarów.

Znalezienie alternatywy jest dzisiaj kluczowe, jeśli chcemy na poważnie szukać odpowiedzi nie tylko na to, czy jesteśmy sami w kosmosie, ale i z czego zbudowane jest jądro Ziemi. Koszt misji na Psyche 16, która może dać odpowiedź na to pytanie, to 500 milionów dolarów. Kosmiczna winda mogłaby te koszty skutecznie obniżyć. Tylko by tak się stało, trzeba zainwestować. I to globalnie.

- Jestem przekonany, że jedna firma ani nawet jeden kraj nie jest w stanie sprostać tym wszystkim technologicznym wyzwaniom. By ten projekt się rozwijał, potrzebna jest międzynarodowa współpraca. Problemem jest także kooperacja przemysłu, technologii, współpraca fabryk. Rozwiązaniem mogłoby być stworzenie międzynarodowego konsorcjum. Potrzebny jest także plan, jak sfinansować to przedsięwzięcie - podkreśla dr Yoji Ishikawa.

Ishikawa, który od lat zajmuje się projektem kosmicznej windy, zapytany o realne wykonanie tego projektu mówi: - Przez kolejne 10, 20, 30 lat będziemy szukać możliwości rozwoju naszego projektu. Jeszcze nie wiemy, kiedy to się zakończy. 20 lat zajęło nam stworzenie kompletnej koncepcji kosmicznej windy. Jeśli uda się rozpocząć budowę w 2030 roku, jest szansa, że konstrukcja zostanie ukończona w 2050. Ale to tylko estymacje, równie dobrze możemy mówić o 2100 roku.

To o tyle duży problem, że ludzkość jeszcze nigdy w historii nie zbudowała nic tak wielkiego. Ba - "winda" będzie miała do czynienia z różnym środowiskiem, wliczając w to odmienną grawitację, zróżnicowaną gęstość czy ekstremalne skoki temperatur.

Wydaje się, że lepszym rozwiązaniem byłoby stworzenie krótszej liny, ale firma Obayashi myśli perspektywicznie. Konsorcjum chce za pomocą tak długiego kabla wysyłać sondy i statki kosmiczne na inne planety czy asteroidy.

Co ważne, trzeba pamiętać o możliwych problemach, takich jak chociażby zerwanie liny o długości 100 tys. kilometrów. Doktor Yoji Ishikawa tłumaczy, że ten scenariusz nie jest groźny: - Kiedy nastąpi awaria, jedyne co można zrobić, to pożegnać się z kosmiczną windą. Cześć kabla poleci w kosmos, druga część zacznie spadać na Ziemię. Ale spokojnie - dzięki swojej małej gęstości ulegnie spaleniu w atmosferze.

Marzenia nad stworzeniem kosmicznej windy angażują nie tylko japońską firmę, ale także prawdziwych gigantów. Nawet Google za sprawą zespołu Rapid Evaluation Team sprawdzał możliwość realizacji tego projektu. Po wstępnych analizach potwierdzono, że tylko jeden materiał na Ziemi - nanorurka węglowa - może sprostać temu przedsięwzięciu. Niestety, wszystko rozbija się o jakość i długość wiązek. Google nie mówi "nie". Oficjalnie "zamroziło" projekt.

Całkowicie inny pomysł zaproponowała kanadyjska firma Thot, która w 2015 roku uzyskała patent na stworzenie wolnostojącej wieży. Zakłada on stworzenie na wysokości 20 kilometrów platformy startowej. To według inżynierów miałoby obniżyć zużycie paliwa o 30 proc. Kluczowym elementem byłaby elektryczna winda do transportu astronautów na szczyt wieży. Firma boryka się jeszcze z problemem transportu statku kosmicznego na platformę startową, ale prace koncepcyjne trwają.

Z kolei inżynierowie z International Space Elevator Consortium doszli do wniosku, że lepiej, jakby winda zaczynała się 150 kilometrów nad Ziemią - tuż za linią Kármána. Jest to umowna granica pomiędzy atmosferą Ziemi a przestrzenią kosmiczną. Prace wielu niezależnych ośrodków trwają.

Kiedy dzisiaj myślimy o kosmicznej windzie w perspektywie następnych dziesięcioleci, to nie sposób odnieść wrażenie, że bliżej tym planom do abstrakcji niż realnego scenariusza. Ale czy dwa lata temu uwierzylibyśmy, że ktoś wyśle samochód na Marsa? Lub że Chiny wylądują na niewidocznej stronie Księżyca, by zrobić pierwszy krok w kopaniu naszego naturalnego satelity, by pozyskać wysoko energetyczny izotop?

Kosmiczna winda to dzisiaj jedyna alternatywa dla ludzkości, jeśli chcemy poważnie myśleć o eksploracji kosmosu. Kiedy tylko powstanie, ludzie przestaną robić "małe kroki dla człowieka", a faktycznie zaczną to być "skoki dla ludzkości" jak powiedział lata temu Neil Armstrong z Księżyca.

*dr Yoji Ishikawa był jednym z prelegentów Masters & Robots 2019 w Warszawie (8/9.10.2019)