آسانسور فضایی دیگر یک رؤیا نیست؛ سفر به مدار زمین بدون موشک!
پژوهشگران طرحی به‌نام «اسپیس‌لاین» را پیشنهاد داده‌اند که ساخت آسانسور فضایی برای سفر به فضا بدون موشک را به مرز واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.
آسانسور فضایی برای سفر به فضا
به نقل از خبر سنتر وقتی صحبت از سفر به فضا می‌شود، اولین چیزی که به ذهن می‌رسد، انفجار مهیب موشک‌ها و هزینه‌های سرسام‌آور پرتاب است؛ اما آیا می‌توان راهی آرام، پیوسته و کم‌هزینه برای رسیدن به مدار زمین پیدا کرد؟ آسانسور فضایی دقیقاً همین رؤیا است: سازه‌ای حیرت‌انگیز که به‌جای غرش راکت‌ها، با سکوت و کشش نیروی گریز از مرکز، ما را از سطح زمین به آسمان می‌برد.
اگرچه ایده‌ی آسانسور فضایی بلندپروازانه به نظر می‌رسد، از نظر فیزیکی و مهندسی، قابل تحلیل است. خبر هیجان‌انگیز اینکه آسانسور فضایی دیگر فقط یک ایده‌ی جذاب نیست، بلکه پژوهشگرانی از دانشگاه کلمبیا و کمبریج طرحی به‌نام «اسپیس‌لاین» (Spaceline) را پیشنهاد داده‌اند که ساخت آسانسور فضایی را به مرز واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.
آسانسور فضایی چیست؟
فرستادن موشک به فضا کار ساده‌ای نیست؛ زیرا تجهیزات بسیار گرانی را قربانی می‌کنیم، مقدار عظیمی سوخت می‌سوزانیم و همیشه خطر یک انفجار مرگبار در کمین است. به‌همین‌دلیل، برخی مهندسان در قرن بیست‌و‌یکم تصمیم گرفته‌اند از این مسیر پرهزینه و خطرناک دست بکشند و سراغ گزینه‌ای عجیب‌تر اما هیجان‌انگیزتر بروند: آسانسور فضایی.
آسانسور فضایی یکی از مفاهیم مهندسی بی‌نهایت است که در مرز میان خیال و واقعیت قرار دارد. علاقه‌مندان به علم و تخیل علمی، سال‌ها به این ایده فکر کرده‌اند؛ سازه‌ای که اگرچه در نگاه نخست غیرممکن به‌نظر می‌رسد، از دیدگاه فیزیکی و مهندسی، کاملاً قابل بررسی است. در صورتی که فناوری‌های موجود به‌طور قابل توجهی ارتقاء یابند، این ایده می‌تواند از دنیای داستان‌های علمی‌تخیلی وارد قلمرو علم تجربی شود.
بلندترین سازه‌ی آن دوران
در سال ۱۸۹۵، دانشمند روسی، کنستانتین تسیولکوفسکی، پس از بازدید از بلندترین سازه‌ی آن دوران، رؤیای ساخت برجی را در سر پروراند که تا هزاران کیلومتر در آسمان امتداد یابد. این ایده بعدها توسط آرتور سی. کلارک، نویسنده‌ی مشهور علمی‌تخیلی، در دهه‌ی ۱۹۷۰ با رمان «فواره‌های بهشت» به شهرت بیشتری رسید. اما چالش بزرگ، از آن زمان تا امروز ادامه دارد: هنوز هیچ ماده‌ای روی زمین کشف نشده است که استحکام لازم برای تحمل چنین سازه‌ی غول‌پیکری را داشته باشد.
آسانسور فضایی، علاوه‌بر آنکه چالشی بزرگ در حوزه‌ی طراحی و ساخت است، می‌تواند الهام‌بخش توسعه‌ی نسل بعدی فناوری‌ها باشد. پیش از آنکه به فناوری‌های مورد نیاز برای تحقق چنین سازه‌ای بپردازیم، باید مفهوم آن را به‌روشنی درک کنیم. آسانسور فضایی به‌طور خلاصه، نوعی کابل بسیار بلند است که امکان انتقال تجهیزات یا حتی انسان را از سطح زمین به مدار، بدون استفاده از راکت و سوخت موشکی فراهم می‌کند. هدف اصلی، کاهش چشمگیر هزینه‌های پرتاب به فضا و ایجاد دسترسی پایدارتر به مدار زمین است.
شاید سواری گرفتن از یک آسانسور برای رسیدن به ستارگان به اندازه‌ی پرتاب موشک هیجان‌انگیز نباشد، اما این ایده مزایایی دارد که نمی‌توان نادیده گرفت؛ مثلاً اینکه ایمن‌تر، آسان‌تر و بسیار ارزان‌تر است. به‌عنوان مثال، درحال‌حاضر، حمل هر کیلوگرم محموله به مدار پایین زمین با راکت فالکن ۹ حدود ۲۷۰۰ دلار هزینه دارد. کارشناسان معتقدند آسانسور فضایی می‌تواند این هزینه را به‌طور چشمگیری کاهش دهد.
برخلاف سازه‌های مرسوم که بر مقاومت فشاری مصالح، استوار هستند، آسانسور فضایی از اصل متفاوتی پیروی می‌کند. در ساختمان‌های معمولی، افزایش ارتفاع به‌معنای فشار بیشتر بر پایه است و به‌دلیل این محدودیت، ساختمان‌ها فقط تا ارتفاع مشخصی می‌توانند افزایش یابند؛ زیرا هرچه ارتفاع بیشتر شود، وزن طبقات بالاتر روی بخش‌های پایین‌تر وارد می‌شود و فشار بیشتری به پایه تحمیل می‌کند.
عریض تر کردن پایه‌ی ساختمان
برای مقابله با این مسئله، مهندسان معمولاً پایه‌ی ساختمان را عریض‌تر طراحی می‌کنند و هرچه به بالا نزدیک‌تر می‌شوند، ابعاد سازه را کاهش می‌دهند تا وزن کمتری به بخش‌های پایین‌تر منتقل شود. این اصل را می‌توان در سازه‌هایی مانند اهرام مصر به‌وضوح مشاهده کرد. حتی برج خلیفه نیز بر همین اساس طراحی شده است: با پهنای بیشتری در پایین و پهنای کمتری در بالا.
روی کاغذ، با مصالح امروزی می‌توان ساختمان‌هایی بسیار بلندتر از آنچه تاکنون ساخته شده‌اند، بنا کرد. اما به‌شرطی که پایه‌ی آن‌ها به‌شکل غیرمعمولی پهن باشد. این نوع طراحی به‌دلیل اشغال فضای گسترده و هزینه‌ی ساخت بسیار بالا، از نظر عملی و اقتصادی چندان منطقی و قابل اجرا نخواهد بود.
نیروی گریز از مرکز
آسانسور فضایی این مشکل را با روشی هوشمندانه حل می‌کند: به‌جای تحمل وزن از پایین، آن را از بالا متعادل می‌کند. این تعادل با استفاده از نیروی گریز از مرکز به‌دست می‌آید، نیرویی که در اثر چرخش زمین ایجاد می‌شود و کابل آسانسور را به سمت بیرون می‌کشد. در نتیجه، وزن سازه با کششی دائمی به بالا خنثی می‌شود، بدون نیاز به پایه‌ای عظیم در سطح زمین.
ساخت چنین سازه‌ای فقط به ایده‌ی اولیه یا طراحی مفهومی آن ختم نمی‌شود. اگر بخواهیم آسانسور فضایی را از مرحله‌ی تصور، وارد دنیای مهندسی کنیم، باید ابتدا به‌درستی بفهمیم چه نیروهایی در طول کابل عمل می‌کنند، چطور تعادل آن حفظ می‌شود و چرا موقعیت آن باید دقیقاً در مدار زمین‌ایستا باشد. برای پاسخ دادن به این پرسش‌ها، لازم است وارد دنیای فیزیک شویم.
از چرخ‌وفلک تا مدار زمین‌ایستا؛ راز پنهان تعادل در آسانسور فضایی
خوشبختانه، قوانین فیزیک همیشه راهی خلاقانه پیش پای ما می‌گذارند. برای درک یکی از ایده‌های جذاب پشت آسانسور فضایی، یک تصویر ساده را در ذهنتان مجسم کنید: فرض کنید روی یک چرخ‌وفلک خیلی بزرگ و سریع ایستاده‌اید و طنابی در دست دارید که سر دیگرش به یک سنگ بسته شده است. تا زمانی که چرخ‌وفلک می‌چرخد، سنگ به‌جای اینکه پایین بیفتد، به‌صورت افقی دور شما می‌چرخد. این اتفاق به‌خاطر نیرویی است که به آن نیروی گریز از مرکز می‌گوییم.
هنگام نگه داشتن طناب، حس می‌کنید انگار چیزی سنگ را به سمت بیرون، دور از مرکز چرخش، می‌کشد. این احساس ناشی از شتاب ظاهریِ نیروی گریز از مرکز است که در سیستم چرخان، ظاهر می‌شود و می‌تواند جسم متصل به طناب را در وضعیت معلق و کشیده، بدون نیاز به تکیه‌گاه یا سازه‌ای فیزیکی در زیر آن، نگه دارد.
