ساخت آسانسور فضایی در ژاپن؛ از رویا تا واقعیت
بیش از یک قرن از سفر کنستانتین تسیلوفسکی، مهندس و دانشمند روس به پاریس و طرح ایده برج تسیلوفسکی می گذرد؛ ماشینی تخیلی که می تواند سطح زمین را به مدار آن متصل کند. او ایده اش را از برج ایفل الهام گرفته بود و در آرزوی ساخت برجی درست 20 برابر آن برای سفر به فضا بود که متاسفانه نتوانست این آرزو را جامه عمل بپوشاند.
سودای رسیدن به ابزاری چنین تخیلی آنقدر جذابیت داشت که آرتور سی کلارک، نویسنده نامدار آثار علمی – تخیلی و البته دانشمند بریتانیایی در رمان چشمه های بهشتی اش که سال 1979 منتشر شد، مفصل به آن بپردازد و دنیایی هیجان انگیز را برای مخاطبانش به تصویر بکشد. حالا اما هشتاد و اندی سال از درگذشت تسیلوفسکی و 10 سال از فوت سی کلارک می گذرد و محققان ژاپنی درصدد تحقق بخشیدن به این آرزوی دیرینه هستند.
در این مقاله شما می توانید با ایده آسانسور فضایی در کشور ژاپن و برنامه آنها آشنا شوید.
ژاپنی ها نخستین آسانسور فضایی را می سازند.
همین یک جمله کافی بود تا بار دیگر توجه دنیا به برج تسیلوفسکی جلب شود و ژاپنی ها در صدر اخبار قرار گیرند تا آنجا که از ناسا گرفته تا شرکت های مختلف در زمینه هوا و فضا آستین ها را بالا بزنند و سهمی هر چند اندک در این پروژه عظیم ایفا کنند. در این میان، اما نام یک شرکت و یک دانشگاه بیش از دیگران به چشم می خورد، ابرشرکت ساخت و ساز اوبایاشی و دانشگاه شیزوکای ژاپن که وعده داده اند تا سال 2050 نخستین گردشگران را به فضا می فرستند، اما این بار نه به کمک شاتل ها که با استفاده از اولین آسانسور فضایی.
ماجرا از اینجا آغاز شد که چندی پیش دانشگاه شیزوکای ژاپن اعلام کرد در آینده ای نزدیک قصد دارد اولین آسانسور فضایی جهان را از طریق موشک H-2B مورد آزمایش قرار دهد. جزیره تانگاشیما انتخاب شده و جعبه ای به طول 6 سانتیمتر عرض و ارتفاع 3 سانتیمتر به عنوان مینیاتور این آسانسور بین دو مینی ماهواره که کابل 10 متری دارند، فرستاده و بالا و پایین خواهد شد. به گزارش دیلی میل، ژاپنی ها درصدد آزمایش مینی آسانسور هستند و اگر همه چیز خوب پیش برود، در آینده این آسانسور قادر خواهد بود گردشگران را تا 60 هزار مایل از سطح زمین دور و از جوّ خارج کند. دیلی میل به نقل از سخنگوی این دانشگاه می نویسد که حرکت آسانسور مینیاتوری توسط دوربین های ماهواره ای کنترل خواهد شد.
اولین قدم ها چه زمانی برداشته شد؟
از زمانی که نیل آرمسترانگ قدم به کره ماه گذاشت تا همین حالا ناسا از شاتل ها و موشک های فضایی برای ارسال محموله و اعزام فضانوردانش به کرات و سیارات دیگر استفاده می کند که گرچه پیشرفته هایی داشته؛ اما هزینه های بسیاری را نیز به این سازمان تحمیل کرده است. به عنوان مثال در گزارش اخیر ناسا آمده که این سازمان برای فرستادن شش فضانورد به فضا در سال 2018 بیش از 491 میلیون دلار هزینه کرده است. یعنی حدود 82 میلیون دلار به ازای هر نفر و از سویی دیگر بسته به شرکتی که خدمات ارسال ماهواره به فضا را انجام می دهد، به ازای هر تن بار بین 10 تا 30 میلیون دلار باید هزینه کرد و البته سوخت بسیار موشک ها و احتمال انفجارشان را هم نباید از قلم انداخت.
از این رو سال ها است که دانشمندان و محققان به دنبال راهی برای کاهش هزینه ها و خطرهای احتمالی هستند و چه راهی بهتر از بازگشت به طرح و ایده اولیه ساخت آسانسور فضایی. اما به واقع آسانسور فضایی کدام است و چه ویژگی هایی دارد؟
بررسی های جدی برای ساخت آسانسور فضایی از سال 2002 و توسط دکتر برد ادواردز در ناسا انجام شد. احتمالاً او اولین فردی بود که از یک کابل قابل اتکا و پایدار بین یک ایستگاه فضایی و سطح زمین سخن گفت و گامی بلند در راستای تخقق این رویا برداشت. پس از آن در سال 2014 شرکت اوبایاشی اعلام کرد که ساخت آسانسور فضایی از لحاظ فنی امکان پذیر است و می توان با استفاده از نانولوله های کربنی که استقامتی 20 برابر استیل و آهن دارند، آسانسوری ساخت که تا 6 هزار کیلومتر بالاتر از سطح زمین حرکت می کند؛ ابزاری که ارمغانش برای جهان ایجاد سیستم حمل و نقل افراد و انتقال آنها به ایستگاه های فضایی جدید است و شاید روزگاری بتوان از آن با عنوان بندری در راستای رفت و آمد فضانوردان به مریخ و فراتر از آن یاد کرد.
چه تجهیزاتی نیاز است؟
شرکت ساختمان سازی اوبایاشی، خالق بلندترین برج های ژاپن اعلام می کند ساخت کابل مورد نیازش که بتوان یک سر آن را به زمین وصل کرد، چیزی نزدیک به 20 سال زمان نیاز دارد؛ چرا که باید 20 تن وزن اولیه داشته باشد و تا 7,000 تن تقویت شود. پس از آن ساخت و تجهیز دیگر ابزار نهایت یکسال به طول بکشد.
محققان دانشگاه شیزوکا و مهندسان شرکت اوبایاشی که بطور مشترک بر این پروژه نظارت و همکاری های دوجانبه ای هم دارند، پیشتر ادعا کرده بودند که این آسانسور قادر است تا 30 مسافر را در هر بار جابجا کرده و با سرعت 200 کیلومتر در ساعت طی سفری یک هفته ای در ایستگاهی به فاصله 36,000 کیلومتری متوقف شود. بنا به گزارش دیلی میل آنها قبلاً طرح ساخت هتلی فضایی در بالای آسانسور را هم مطرح کرده بودند تا گردشگران بتوانند در آنجا ساکن شده و متخصصان تا پایان مسیر به راه شان ادامه دهند؛ اما این طرح چندی است مسکوت مانده.
ساتومی کاتسویاما، سرپرست گروه می گوید که مردم همیشه سازه های بلند را دوست داشته اند و ما تلاش می کنیم آنها را از فضا به زمین بسازیم. او در ادامه اعلام می کند که برای آزمایش نخست آسانسور فضایی از دو ماهواره کوچک کمک گرفته اند تا مسیر کوتاه میان زمین و فضا را بپیماید.
کاتسویاما مشکل شاتل ها و موشک های فضایی را قیمت گزاف شان می داند که معمولاً به تنهایی و در موقعیت های خاص استفاده می شوند و البته احتمال انفجارشان هم وجود دارد. به همین دلیل است که بیش از یک قرن از فضانوردان گرفته تا محققان و حتی نویسندگان ژانر تخیلی در آرزوی ساخت آسانسور فضایی هستند و در طول تاریخ کم نداریم از این دست فیلم ها و رمان ها. آنها روزی می خواستند به سهولت میان زمین و فضا در گردش باشند؛ در قلعه ای آسمانی که اولین جرقه هایش در ذهن تسیلوفسکی پدیدار شد و فرای تکنولوژی های موجود بود. حالا اما تیمی داوطلب شده آسانسور فضایی را بسازد، با وجود تمامی سختی ها و کمبودهایی که علم و فناوری در پاسخش عاجز مانده است. با این حال ژاپنی ها دست از تلاش بر نمی دارند تا شاید پیشرفتی قابل توجه حاصل شود.
دردسرهای یک طرح
از منظر تئوریک، آسانسور فضایی از اتصال یک کابل به سطح زمین تشکیل می شود و باید در مکانی مثلاً نزدیک به استوا باشد تا از گزند طوفان و گردباد در امان بماند.
دیوید اسمیت من (David Smitherman) از دفتر پروژه های پیشرفته ناسا در تشریح این طرح می گوید: «چنین سیستمی به مرکز جرمی در ماهواره های زمین ثابت یا ژئواستیشنری و حدود 22.236 مایل بالاتر از خط استوای زمین نیاز دارد و کابل نیز حتماً باید در این مکان محکم شود. در این شرایط امکان حرکت ماشین الکترومغناطیسی فراهم شده و با استفاده از آن می توانیم تجهیزات و گردشگران را با هزینه کمتری از موشک و شاتل به فضا هدایت کنیم. ساخت آسانسور فضایی با کارکردی که اعضای گروه از آن سخن می گویند به ظاهر امری آسان است، اما همین که به مصالح و مواد ساخت آن می رسیم، مشکل رخ می نماید.»
سال 1991 بود که ساخت کابل، اصلی ترین دغدغه دانشمندان شد و امید به اینکه می توانند بالاخره آسانسور فضایی را بسازند. در حقیقت باید گفت، مهم ترین بخش آسانسور فضایی، کابل آن است؛ کابل از نانولوله های کربنی ساخته خواهد شد که فقط چند سانتیمتر پنها دارند و به ضخامت کاغذ هستند. این آسانسور، ریسمان بسیار سبک، اما محکمی دارد که از نانولوله های کربنی ساخته می شود. یک سر این ریسمان به سکویی در اقیانوس اطلس متصل می شود و طرف دیگر مرکز ثقلی است در فضا که در راستای غلبه بر کشش گرانش زمین عمل کرده و موجب استقامت ریسمان یا همان کابل می شود.
کابل مورد نیاز برای ساخت آسانسور فضایی باید آنقدر قوی باشد که بتواند در مقابل جاذبه زمین و باد استقامت از خود نشان دهد، اما محققان تاکنون نتوانسته اند به آنچه که مورد نیازشان است، دست یابند. زمانی گفته می شد نانولوله های کربنی انتخاب مناسبی برای ساخت کابل است، اما تحقیقی در دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ، این فرضیه را رد کرد؛ آنها معتقد بودند که نانولوله های کربنی موجود تاب مقاومت در برابر فشار را ندارند. در همین بحبوحه، ناسا با برگزاری مسابقه ای از دانشمندان خواست راهی برای ترکیب چندین نانولوله و ایجاد رشته ای طولانی بیابند و چهار میلیون دلار نیز جایزه تعیین کرد. از این رو دانشمندان دانشگاه کمبریج توانستند با ایجاد نانونخ هایی از جنس الماس یک گام دیگر به ساخت آسانسور فضایی نزدیک شوند. نانولوله های کربنی صد برابر قوی تر از فولاد و به انعطاف پذیری پلاستیک هستند. قدرت و استقامت آنها از ساختار منحصر به فردشان است.
بالابر باید چگونه باشند؟
پروژه وارد مرحله دیگری می شود یعنی ساخت بالابرنده هایی مکانیکی که با اتصال به کابل، انسان و بار را جابجا می کنند.
شاید در نگاه اول تصور کنید بالابرهایی که برای آسانسور فضایی استفاده خواهد شد، چیزی شبیه به کابین هایی است که ما در آسانسور ساختمان ها مشاهده می کنیم. اما تفاوت آنجا است که در آسانسورهای معمولی شما با کابل های متحرک سر و کار دارید، حال آنکه در آسانسور فضایی این کابل، ثابت است و به عنوان مسیری برای صعود در نظر گرفته شده، در نتیجه به غلتک هایی نیاز داریم که به صورت دوتایی روبروی هم قرار می گیرند و ضمن اصطکاکی که با کابل ایجاد می کنند، امکان بالا و پایین رفتن آسانسور مهیا می شود. گسترش الکترومغناطیسی بالابری که قرار است با حرکت در طول کابل مسافران را جابجا کند محل مناقشات بسیار است و از سویی دیگر، مشخص نیست که آسانسور بتواند در مرکز صفر درجه عملکرد بهینه ای از خود نشان دهد. سوال اساسی آن است که توان و انرژی این بالابرها را چطور باید تامین کرد؟
واقعیت موجود حکایت از آن دارد که ما به مقدار قابل توجهی انرژی پتانسیل احتیاج داریم تا بالابرهایمان به سرعت، مسیر را برای حرکت باز نگه دارند. دانشمندان ژاپنی در دانشگاه شیزوکا فرضیه های مختلفی برای انتقال انرژی به بالابرها ارائه داده اند از انتقال بدون سیم انرژی گرفته تا ذخیره انرژی در بالابرها قبل از شروع صعود به فضا که کماکان در دست بررسی است. این ابهامات و شبهاتی از این دست محققان ژاپنی را بر آن داشته تا با آزمایش دو ماهواره مکعبی کوچک پاسخی برای این پرسش ها بیابند.
چقدر خرج بر می دارد؟
این آزمایش احتمالاً هزینه های بسیاری را برای آنها به همراه دارد، اما حالا دیگر ساخت آسانسور فضایی برای ژاپنی ها به یک مسئله حیثیتی بدل شده که بخش قابل توجه آن به متخصصان و محققان این کشور در زمینه روباتیک و نانوکربن ها باز می گردد. بر اساس گزارشی که اخیراً روزنامه ژاپنی مین چی منتشر کرده، شرکت اوبایاشی هزینه ساخت این آسانسور را تا 90 تریلیون دلار تخمین زده است.
یوجی اینشیکاوا سرپرست گروه به این روزنامه گفته که بر اساس تئوری های موجود، ساخت آسانسور فضایی محتمل است و در آینده به سیستمی محبوب بدل خواهد شد. آنها حتی به این مسئله هم فکر کرده اند که چگونه می توان تابلوی «ظرفیت تکمیل شد» را در فضا بنویسند که از زمین خوانده شود؛ اما گویی هنوز به پاسخ مناسبی در این زمینه نرسیده اند.
آخرین دستاورد ژاپنی ها
بنابر اخبار منتشر شده از خبرگزاری فرانسه، آسانسور فضایی در طرح اولیه اش 60,000 مایل طول و 100 تن جرم دارد که از یک ایستگاه پایه در سطح زمین همچون قطاری الکتریکی مسافران و محموله ها را به ایستگاه فضایی می رساند. نتایج تحقیقی که نشریه New Space منتشر کرده، حکایت از آن دارد که حداکثر تا سال 2030 ماده و تکنولوژی های لازم برای ساخت این آسانسور فراهم می شود. از دیگر کارکردهای آسانسور فضایی جذب انرژی خورشید از طریق پنل های خورشیدی است که خارج از جو زمین کار گذاشته می شوند و هدفش انتقال این انرژی ها به سطح زمین و استفاده از سوختی به مراتب ارزان تر و بهینه است.
آسانسور فضایی از آن دست مفهوم هایی است که سخت باور می شود. مردم هنوز به آسانسورهایی که قرار است جایگزین موشک ها شوند و هزینه انتقال افراد به کره ماه یا دیگر سیارات را تا حد چشمگیری کاهش دهد، اطمینان نمی کنند، اما اینشیکاوا به روزنامه مین چی گفته است که ساخت آسانسور فضایی نه فقط امکان پذیر است که روزی به وسیله ای فراگیر میان مردم بدل خواهد شد.
همانطور که گفتیم ساخت آسانسور فضایی این روزها به مسئله ای ملی برای ژاپنی ها بدل شده و از همین رو گروه های تحقیقاتی بسیاری تلاش دارند با تمرکز بر مشکلات لجستیکی، سهمی در ساخت این آسانسور داشته باشند. بطور مثال گروهی از دانشگاه کاناگاوا مسئولیت روبات های ماشینی را به عهده دارد و می کوشد پاسخی برای این پرسش پیدا کند که روبات ها در ارتفاعات چگونه عمل می کنند و نحوه ترمز آن به چه شکلی است. اگر هر کدام از این گروه ها بتوانند در زیرمجموعه اش موفقیتی کسب کنند، پروژه نهایی به شکل عجیبی هزینه سفر به فضا و خطرهای احتمالی آن را کاهش می دهد؛ به تعبیری اگر هزینه انتقال یک محموله با شاتل 22,000 دلار برای هر کیلوگرم آب می خورد، با آسانسور فضایی کافی است 200 دلار بپردازید.
بیش از یک قرن از طرح اولیه ساخت آسانسور فضایی می گذرد؛ تسیلوفسکی و آرتور سی کلارک تلاش کردند در قالب طرح و داستان های بسیار به این رویا جامه عمل بپوشانند و حالا دانشمندان ژاپنی در تازه ترین تحقیقات شان به آزمایش مدل مینیاتوری این آسانسور رسیده اند؛ اما باید دید این طرح تا چه میزان پتانسیل اجرایی شدن دارد و آیا زمانی می رسد که بشر بتواند با صرف کمترین هزینه و فقط به مدت 8 روز خودش را به فضا برساند؟
منابع
مقاله علمی و آموزشی «ساخت آسانسور فضایی در ژاپن؛ از رویا تا واقعیت»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله بهاران آزادی در مجله دانستنیها، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.
