با وجود نوآوریهایی شبیه تقوت کننده های رباتیک با قابلیت مجدد اسپیس ایکس (space x) راکت های شیمیایی هنوز راهی گران قیمت، خطرناک و غیرقابل اعتماد برای برای دسترسی به مدار زمین می باشد. چقدر راحت تر می شد اگر سوار بالابری می شدیم و با فشردن دکمه “بالا” وارد مدار زمین می شدیم.

این موضوع رویای گروهی از دانشمندان، مهندسان و کارآفرینان در کنسرسیوم بین المللی بالابر فضایی (ISEC) است که در کنفرانس سالیانه سیاتل دور هم جمع شده اند.

ایده بالابر فضایی بیش از یک قرن است که مطرح  شده است. مفهوم پایه بسیار ساده است. یک ریسمان از یک فضا پیما در مدار ثابت به یک سکوی شناور احتمالا در خط استوا در اقیانوس آرام شرقی فرود می آید. به علت حالت تعادلی در فضا ریسمان بالا بر فضایی باید حالت گرانشی پایداری داشته باشد و به بالابرنده ها این اجازه را بدهد که با استفاده از پنل های خورشیدی بتوانند در طول هفته از این مسیر بالا و پایین بروند.

دانشمندان ISEC اعتقاد دارند که با وجود چنین سامانه ای هزینه های انتقال یک کیلو گرم بار به مدار از ۲۵۰۰۰ دلار امریکا به ۳۰۰ دلار کاهش می یابد. البته چالش های فنی پیش رو کم نیستند، این چالش ها شامل ساخت فضا پیمای حامل، اندازه سکوی شناور، طراحی امن، بالابرنده های سریع و اجتناب از برخورد با زباله های فضایی و دیگر ماهواره ها است. اما بزرگ ترین مانع نبود مواد بسیار قوی و انعطاف پذیر برای ساخت ریسمان بالابر می باشد.

در طراحی کنونی ریسمان بالا برنده با توجه به آنچه پیشنهاد شده است یک کابل قطور و استوانه ای شکل نیست، بلکه ربانی به ضخامت یک برگه کاغذ است که درازای آن به اندازه یک کیلومتر می باشد. با وجود چنین رویکردی برای نازک سازی، فشار وارده در بالاترین نقطه می تواند هر ریسمانی که از فولاد، کولار، ترکیبات کربنی و حتی بهترین نانو لوله های کربنی ساخته شده است را تکه تکه کند.

سخنران کنفرانس، “مارک هاس” مهندس مواد از دانشگاه کنتاکی می گوید که ریسمان مورد استفاده باید از قویترین چیزهایی که تا به امروز ساخته شده است ده ها بار قوی تر باشد. ایده اولیه وی با نانو لوله های کربنی که اکنون برای ساخت مواد بسیار نیرومند استفاده می شود شروع شد. این نانو لوله ها دارای ساختار استوانه ای شکل هستند که با شکل دادن لایه های تک کربنی ایجاد می شوند. نانو لوله های کربنی در سال ۱۳۹۱ کشف شدند که هم کنون به صورت عمده در حال تولید می باشند. این ماده هم اکنون به عنوان یک ماده افزودنی برای تقویت ظرفیت نیرو، حرارت و رسانایی الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد.

اما با وجود اینکه این مواد بسیار قوی می باشند در مقابل اجسام میکروسکوپی بسیار ناتوانند. آنها مانند کولارد ذوب و اکسترود نمی شوند و به مانند الیاف طبیعی نمی توان به آنها نظم و ترتیب داد. از طرفی بلند ترین نانو لوله کربنی ساخته شده درازایی به اندازه کف پای یک نوزاد را دارد چه برسد به یک چهارم فاصله تا کره ماه.

هاس بر این باور است که راه رو به جلو برای ارتباط متقابل مولکول های نانوتیوب استفاده از چسب های پلیمری بسیار ریز می باشد.

با این وجود ISEC تمامی تخم مرغهایش را در سبد نانو لوله های کربنی نگذاشته است. گرافن، ورقه هایی با ضخامت یک لایه اتم نیز مواد امیدوار کننده ای در این زمینه هستند. البته این مواد نیز مانند نانو لوله های کربنی پاسخ مناسبی به فشارها، پیچش ها و نیز ۱۰۰۰۰۰ کیلومتر بلندای مسیر نمی دهد.

عجیب تر از آن نانو لوله های نیترید بور می باشد که مانند نانو لوله های کربن است با این تفاوت که از اتم های نیتروژن و بورن ساخته شده است، یک سرامیک بسیار پایدار. این مسئله باعث دوام آوردن در مدت طولانی در جو اتمسفر و ارتفاع زیاد خواهد شد جایی که اتم های اکسیژن بسیار واکنش گر باعث کاهش یافتن عمر نانو لوله های کربنی می شوند (مهندسان برای جلوگیری از فرسایش در مقابل پرتو های کیهانی یک پوشش از طلا را برای قسمت های آسیب پذیر پیشنهاد می کنند). نیترید بورن می تواند در برابر پرتوهای کیهانی ماورای اتمسفر نیز عملکرد خوبی از خود نشان می دهد. هاس می گوید ” هرچه دانش ما در باره ساخت مواد بیشتر می شود شانس ما واقعا بر دستیابی به مواد قوی تر بیشتر خواد شد”. او همچنین می افزاید که نانو لوله های کامپوزیت پلیمری برای دستیابی یه حداقل قدرت برای ریسمان بالابر فضایی دارای آینده درخشانی هستند که در بیست سال آینده محقق خواهد شد.

بریان لوبشر یکی از مدیران IESC اعتقاد دارد که تحقیقات برای ماده سازنده ریسمان تاثیر بسیار عمیقی خواهد داشت. لابشر کار خود را به عنوان یک مهندس در سال ۲۰۱۰ در شرکت لاکهید مارتین به منظور کار یک شرکت که زمینه فعالیتش توسعه و بهبود مواد  بکار رفته در برنامه های کاربردی حمل و نقل فضایی بود ترک کرد. وی می گوید تصور کنید که یک بویینگ ۷۹۷ از نانو لوله های کربنی ساخته شده باشد، با این کار این هواپیما کی نهم جرم و توده کنونی را دارا خواهد بود و در سوانح هوایی بدنه هواپیما تکه تکه نخواهد شد.

در حقیقت ISEC برای تهیه مخارج آسانسور فضایی که نزدیک به ۱۸ میلیون دلار است به بخش خصوصی وابسته است.  برا اساس آنچه که ISEC به تازگی منشر نموده، به این نکته اشاره شده است که “در این مرحله ما احتیاجی به قابلیت های بخش دولتی برای کمک به پیشرفت بالابر فضایی نداریم”. این خود می تواند تلنگری به ناسا باشد که در سال ۲۰۱۲ رقابت ۲ میلیون دلاری برای ساختن ریسمان ابر نیرومند را کنار گذاشت. اما وقتی ثرتمند ترین و رویایی ترین آژانس فضایی در جهان نمی تواند به شما در اهداف فضایی تان کمک کند ممکن است که شما فکر کنید که بالابر فضایی شما شاید در جایی بین طبقه زمین و فضا گیر کند.

منبع: IEEE Spectrum

مترجم : وحید امین التجاری