רעיון חדש-ישן: מעלית לחלל

תקשר את כדור הארץ ללוין במסלול גיאוסטציונרי
מאת אלכס דורון

אחד הרעיונות הטכנולוגיים המדהימים שבהם “משתעשע” באחרונה
המשרד לפרוייקטים מתקדמים של נאס”א (סוכנות החלל של ארה”ב),
השוכן בבסיס החלל ע”ש מרשל, הוא בניית מעלית שתנסוק מפני כדור
הארץ עד לגובה מסלולו של לוויין. אם ירקום עור וגידים, נוכל
בעתיד להגיע לתחנת החלל, שתוצב בגבהים הרבה יותר גדולים מתחנת
החלל הבינלאומית המוקמת עתה – אבל לאחר תשלום זעום של כ-200
דולר (דמי נסיעה במעלית) – במקום 20 מיליון דולר, שכנראה שולמו
למפעילי תחנת החלל “מיר” כדי לשכן בה אורח נכבד למספר ימים.

המעלית לחלל איננה רעיון חדש. עוד בשנת 1895 הגה הרוסי
צ'יולקובסקי בניית מגדל גבוה מאד מהקרקע – שראשו ישא תחנת חלל
במסלול גיאו-סינכרוני, בגובה 35,786 ק”מ.

ארתור סי. קלארק, סופר המדע הבדיוני, הגה מתקן דומה בספרו
“מזרקות גן העדן”. אבל עכשיו הרעיון הספרותי נדון די ברצינות
בנאס”א. האמריקנים יותר מעשיים – כיוון שנראה באופק פתרון
לבעיה הקרדינלית שעד כה הציבה מיכשולים למימוש החזון הזה:
החומר ממנו יבנה כבל המעלית המסלולית.

החישובים הראשונים בעניין זה נעשו בשנת .1966 הם הראו אז שאין
עדיין בנמצא חומר חזק במיוחד ( מבין החומרים שהיו מוכרים
בשעתו) ושיהיה מסוגל לעמוד במאמצים ויקרע. בשנים האחרונות
נמצאו צורות סידור של אטומי פחמן בפרודות מורכבות, חלק מהן
חזקות דיין כדי לבנות מהם את הכבל החזק בעולם.

החומרים המיוחדים הם צינוריות זעירות, בנויות מאטומי פחמן
הכרוך סביב ציר ארוך יחיד.

בגירסה המודרנית של מעלית החלל תחל הבנייה מתחנת חלל שתוצב
במסלול גיאו-סינכרוני. התחנה “עומדת” מעל נקודה מסויימת שעל
קוו המשווה – וממנה מתחילים לצאת שני כבלים הבנויים מצינוריות
פחמן. כבל אחד יורד לעבר פני כדור הארץ והאחר משוחרר לעבר
החלל. ככל שיותר כבל יהיה משוחרר, כך יעלה קוטר הכבל החדש
שמשתחרר (כדי לתמוך בתוספת הכבל).

קרוב לפני כדור הארץ, בגובה 50 ק”מ, יחובר הכבל היורד לראשו
של מגדל גבוה, נישא מכל ההרים שעל פני האדמה. זה יהיה בסיס
המגדל שיביא את הנוסעים אל הכוכבים. הכבלים לא ישמשו להסעת
מטענים, אלא רק יתמכו בקרוניות המעלות מטען ואנשים לחלל, בעוד
שקרוניות דומות יירדו, מעברו השני של הכבל.

מתחנת החלל אפשר יהיה להניח למטענים להחליק חופשי: הכוח
הצנטריפטאלי של סיבוב כדור הארץ ושל המעלית המחוברת אליו,
יזרוק לח לל, אוטומטית, את המטענים. אין טעם למהר ולנסות לחפש
כרטיסים לטיסות חלל כאלה. הפרוייקט רחוק מלהיות מוכן לביצוע.
יעברו לפחות כמה עשורים טובים עד שהפיתוחים הטכנולוגים ישיגו
את דימיונם של המתכננים.

מי ייסע במעלית לחלל?

29/07/2001
מדענים בעולם מעריכים כי תחום הננו-טכנולוגיה יאפשר קפיצת דרך
מרשימה בהתפתחות המין האנושי; השאלה היא אם תדע האנושות להשתמש
בטכנולוגיה החדשה, וכיצד

מאת דבי קאופמן

ביוני '92 הוזמן ד”ר אריק דרקסלר ממשרדו שבסן פרנסיסקו לגבעת
הקפיטול בוואשינגטון, כדי להעיד בפני תת-ועדה של הסנאט
האמריקאי לענייני מדע, טכנולוגיה וחלל.

דרקסלר הציג בדיון את תחום הננו-טכנולוגיה המולקולרית, וציין
כי תחום זה עתיד להיות אחד המכשירים העיקריים לצמיחה מדעית
וכלכלית בשנים הקרובות.

זו היתה הפעם הראשונה שהממשל האמריקאי נחשף ליכולות שמסתתרות
מאחורי הננו-טכנולוגיה (ננו – אחד חלקי מיליארד המטר), העוסקת
במולקולות ובאטומים. הממשל לא השתכנע להשקיע בתחום החדש באותו
דיון.

ואולם, כבר אז הופיעו ניצנים של היכולת ליצור חומרים בסדרי
גודל ננו-מטריים. כיום ידוע כי אכן ניתן לייצר חומרים, רכיבים
ותרופות בגדלים ננו-מטריים. גם הממשל האמריקאי כבר השתכנע,
וב-2002 קיבל תחום הננו-טכנולוגיה מעמד של פרויקט לאומי עם
תקציב של 519 מיליון דולר.

אחת הסיבות העיקריות לכך שהתחום קיבל תאוצה היא כלכלית. כבר
כשנפגש דרקסלר עם ראשי הממשל ב-,'92 הוא העריך כי
הננו-טכנולוגיה יכולה להוזיל בכ-%50 בניית בתים, סירות מפרש,
חלליות וכלי נשק; זאת, מכיוון שהחומרים הננו-מטריים יורכבו על
ידי בני אדם, שיוכלו לעשות מניפולציות על כל חומר קיים.

אפשרות זו עשויה לפתור בעיות של חוסר במשאבים ובאוצרות טבע
ולחסוך בעלויות ייצור. מדענים צופים כי מדובר בקפיצת הדרך
הטכנולוגית הגדולה ביותר בתולדות המין האנושי.

דרקסלר הצהיר בפגישה כי “קשה מאוד לתאר תרחיש עתידי שבו אין
בידינו הטכנולוגיות האלה (הננו-טכנולוגיות – ד”ק)”. ואכן נדמה
כי ארה”ב עושה מאמצים ניכרים כדי להשקיע בתחום, ושמחקרים
ננו-טכנולוגיים מתקדמים במהירות רבה יחסית.

“כבר לא מדובר במדע בדיוני”

ואולם לאור ההבטחה הגלומה בננו-טכנולוגיה, מתעוררת השאלה מה
יהיו השימושים בה; כלומר, אם וכיצד תשכיל האנושות להשתמש
בטכנולוגיה החדשה. אחת הדוגמאות לכך היא מעלית החלל שמפותחת
בימים אלה בסוכנות החלל האמריקאית נאס”א.

הפרויקט החל לקבל תאוצה בשנתיים האחרונות, בשל מחקרים שהראו כי
ניתן לייצר רצועה אלקטרומגנטית עשויה מולקולות ננו-פחמניות,
הדרושה ליצירת המעלית.

ב-'99 פירסם בכיר בנאס”א, דיוויד סמיתרמן, מאמר בשם “מעלית
חלל: תשתיות חלל מתקדמות למילניום החדש”, ובו ציין כי “כבר לא
מדובר במדע בדיוני”, וכי לסוכנות יש “תוצאות המראות כי הדבר
אפשרי”. לדבריו, מדענים, מהנדסים ואנשי ממשל כבר החלו לעבוד על
תשתיות מתאימות למעלית, שאמורה להיות זמינה בתוך פחות מ-50
שנה.

הרעיון, בסופו של דבר, הוא לפתח תחבורה בין כדור הארץ לחלל,
שתאפשר לקיים מסחר, שירותים ולמעשה חיים שלמים בכוכבים אחרים;
שכן רק אם יתפתחו חיים כאלה, יהיה צידוק להשקעות הכרוכות
בבניית מעלית לחלל.

המעלית היא למעשה כבל ארוך המשתרך מכדור הארץ לגובה של 35,786
ק”מ. מכונות או רובוטים אלקטרומגנטיים, שישוטטו סביב הכבל,
יוכלו להניע אנשים, מכונות וטילים מכדור הארץ לחלל, ולהיפך.
הבעיה העיקרית שממנה סובלת התוכנית היא שאלת הצדקת ההשקעה.
מדובר בהשקעה אדירה של מיליארדי דולרים, טוענים בנאס”א, ולכן
מנסים לקדם את הפרויקט בזהירות.

ההוצאות הגדולות כוללות תחנת שיגור למעלית, שצריכה להתנשא
לגובה של 50 ק”מ לפחות. מגדל זה חייב להיות עשוי חומרים
מיוחדים, קלים במיוחד, שיוכלו לעמוד בכוח הכבידה. מקצה המגדל
ייצא הכבל המיוחד, שיוביל את המעלית לחלל. לדברי סמיתרמן,
הפרויקט אינו אפשרי כיום, ואולם בעוד
50 שנה ניתן יהיה ליישמו.

רעיון בן 106 שנה

במאמר שפירסם סמיתרמן מזכיר המדען את הסופר ארתור סי קלארק,
שכלל ברומן מזרקות גן העדן “Fountains of Paradise שפירסם
ב-'78 סיפור על מהנדסים שפיתחו מעליות חלל באזורים אגדיים.
בספרו מתאר קלארק חומרים חדשים, הבנויים סיבי פחמן, שאיפשרו את
בניית מעליות החלל. סמיתרמן מציין כי חומרים אלה נמצאים כיום
במעבדות מחקר.

אך מסתבר שקלארק לא היה הראשון. כבר ב-1895 הציע מדען רוסי בשם
קונסטנטין טסיאולקובסקי “טירה שמיימית” דמיונית שתהיה
גיאו-סינכרונית ותנוע במסלול קבוע בחלל ותשיק לכדור הארץ. את
ההשראה לסיפור קיבל לאחר שצפה במגדל אייפל, ודימיין את המגדל
מקצהו העליון מטה.

ב-1960 ציין מהנדס רוסי מלנינגרד, יורי ארטסונוב, כי יש אפשרות
להקים מעליות חלל, אך דבריו לא זכו להערכה. רק ב-'75 זכה רעיון
מעליות החלל לתשומת לב מקהיליית המדע המערבית, בזכות מאמר שכתב
ג'רום פירסון ממעבדת חיל האוויר בארה”ב על העניין.

אך רק ב-,'99 כשהציע ג'רום פירסון את מעלית החלל ככלי לצמצום
עלויות השיגור לחלל, החליטו בסוכנות נאס”א לקדם את העניין.
לטענתו של פירסון, שיגור ק”ג אחד לחלל עולה כיום כ-22 אלף
דולר. לעומת זאת,
השימוש במעלית החלל יוזיל את המחיר לפחות מ-1.5 דולרים לק”ג.

כדי להגיע לעלויות אלה, יש צורך להשקיע משאבים רבים בפיתוח
טכנולוגיות וחומרים שיוזילו משמעותית את הטיסה לחלל. סמיתרמן
ציין חמישה פיתוחים טכנולוגיים שנדרשים כדי להוזיל את הטיסה
לחלל; אלה, לדעתו, קריטיים להצלחת הפרויקט.

על פי דו”ח שפורסם על ידי נאס”א ב-,'98 הלחץ על המעלית יגבר
ככל שמגביהים לכיוון היציאה מהאטמוספירה. לכן, כבל המעלית צריך
להיות בנוי מחומרים חזקים במיוחד, ונתון לשינוים בעוביו;
כלומר, עבה בתחילת הדרך ודק מאוד בסופה.

חומרים דוגמת פלדה ויהלום, שנחשבים כיום חזקים במיוחד, אינם
מאפשרים בניית כבל שיעמוד בעומסים ובלחצים הנדרשים. היהלום,
לדוגמה, מורכב מאטומי פחמן היוצרים קשרים קו-ואלנטיים
תלת-ממדיים חזקים ביותר, אך המולקולות שלו שואפות להתפשט
במישורים שטוחים.

מולקולות חזקות פי 100 מפלדה

שאיפה זו בעייתית, אם רוצים לכופף את החומר לצורת טבעת, שפופרת
או מבנה עקום. לעומת זאת, אטומי פחמן המסודרים בצורה שונה –
Nanotubes)Carbon CNT), לדוגמה – מאפשרים בניית כבל מעלית חזק
במיוחד. מולקולות אלה נחשבות חזקות פי 100 מפלדה, ושוקלות ששית
ממנה.

הטכנולוגיה השנייה אמורה להיות כזו שתשיג שליטה ובקרה על פריסת
הכבל מכדור הארץ לחלל. טכנולוגיה שלישית נדרשת לייצור מבנה
מחומרים קלים וזולים יחסית, שיצדיקו בניית מבנים גבוהים במיוחד
בכדור הארץ, שיגיעו לגובה של 50 ק”מ.

טכנולוגיה רביעית היא פיתוח כוח אלקטרומגנטי שיעביר במהירות
גבוהה משקל רב, דוגמת ציוד לבניית תשתיות בחלל. טכנולוגיה זו
מובילה לתחום החמישי, שהוא פיתוח תחבורה, שירותים ומתקנים
שיתמכו במבני חלל; בל-עדי אלה התוכנית כולה תרד לטמיון.

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~306114896~~~73&SiteName=hayadan