AZ ŰRLIFT FELÉPÍTÉSE ÉS MŰKÖDÉSE


1. AZ ÉPÍTÉS

Amennyiben az emberiség eljut odáig, hogy lesz elegendő pénz, és főként szándék egy űrfelvonó megépítésére, számos műszaki problémát kell megoldaniuk a mérnököknek a tervezésnél. Ebben az írásomban összefoglaltam a megvalósításhoz szükséges fontosabb alapelveket, valamint az űrlift működéséből fakadó főbb veszélyeket, a lehetséges megoldásokkal együtt. Személy szerint úgy vélem, a pörgettyűs téri űrhajó hajtóművek gyors fejlődése és hatékonysága miatt valószínűleg sosem lesz szükség egy ilyen nagy, drága és kockázatosan üzemeltethető berendezésre. De sosem lehet tudni, mit hoz a jövő. A technikai fejlődés sokszor nem a leglogikusabb utat követi, hanem az emberek elképzeléseit a dolgokról.


Egy űrliftet úgy kell megépíteni, hogy első lépésben stacionárius pályára állítunk egy nagy űrállomást a leendő földfelszíni indítópont felett. Ennek fő részei a következők.:
1. A nagy teherbírású fő vázszerkezet, amire minden részegység rá van erősítve.
2. Négy darab kábelnövesztő gép, amik helyben előállítják a szén-nanocsövekből álló kábelszalagokat az odaszállított alapanyagból. A kábel két párhuzamos szalagból áll, amik egyenlő távonként merevítő rudakkal vannak összekapcsolva teljes hosszukban. Így egyirányúsítható a közlekedés az űrlétrán, tehát az egyik szalagon csak felfelé, a másikon csak lefelé mennek a liftek, akár több is egymás után az alsó és felső szakaszon egyaránt.
3. Négy darab kábelminőség ellenőrző gép, amik a frissen elkészült kábelszalagok szerkezetét megvizsgálják, hogy egy tűréshatárt átlépő hiba esetén leállítható legyen a gyártás. Ekkor a hibás szakaszt vissza kell húzni a gyártó berendezésbe és le kell bontani, majd újat készíteni.
4. Négy darab kábelszorító, mozgató és tartó szerkezet, amik a gyárból kikerülő, ellenőrzött szakaszokat megtartják, a vázszerkezethez kapcsolva. Ezeken keresztül lógnak ki a kábelek az állomásról két irányban (lefelé a Földre és kifelé a mélyűrbe). A tartószerkezet kialakítása azonos a liftek tartó és mászóberendezésével, ami két jól tapadó felületű hernyótalpat jelent. Ezek közé szorítva a szalagot igény szerint lehet mozgatni azt az állomáshoz képest.
5. Cserélhető kábel alapanyag tároló teherkonténerek az állomás vázán. Az építőanyagot valószínűleg több lépésben kell majd teherűrhajókkal feljuttatni az űrállomásra, mivel több tonnányi tiszta szénről van szó. A négy szalag össztömege valószínűleg meghaladja majd a száz tonnát és az űrállomás tömege is legalább ennyi lesz.
6. Energiaforrás az űrállomás működtetéséhez, ami lehet napelemtáblák forgatható rendszere vagy szabadenergia kicsatoló erőmű, valamint szünetmentes tápegységek az életfenntartó rendszerek számára.
7. Lakóegység és raktárhelyiség a kezelő személyzet számára. A kábelek gyártása ugyan automatikusan zajlik, de a műszaki hibák elhárításához elengedhetetlen a távirányított szerelő robotok mellett az emberi jelenlét is (2-4 fő maximum).
8. Nyolc darab lift fogadó dokkszelvény. Ebből kettő kell minden száron egymás fölött, hogy ha egy lift már dokkolt, egy másik lift még utána mehessen anélkül, hogy azt le kellene előbb szedni onnan daruval és félretenni valahová vagy egy másik szárra átrakni. A dokkszelvényeken keresztül űrruha nélkül át lehet szállni egy másik liftbe vagy az állomás lakóterébe, illetve fel lehet tölteni a lifteket (levegő, víz, ennivaló, energia, alkatrészek) az üzemeléshez.
9. Négy darab robotkar, minden kábelszár mellé, amik egyben teherdaruk is. Segítségükkel a liftek és rakományuk leszedhető a kábelekről és átrakható az állomásra vagy egy másik kábelre.
10. Két manőverező hajtóművel felszerelt, részben távirányított, részben autonóm vezérlésű robot az állomásról elszóródó tárgyak vagy közeledő mikrometeorok kihalászására és visszahozatalára. Ezeket manipulátor karokkal és meteor elfogó hálóval kell fölszerelni.
11. Legalább két csatlakozózsilip a lakórészlegnél a szállítóűrhajóknak, amik az utánpótlást és az alapanyag konténereket hozzák föl, valamint a kompoknak, amikkel az utasok tovább mehetnek a közeli űrállomásokra. A robotkarokkal ezeknek szintén elérhetőnek kell lenniük.
12. Egy mentőkabin a személyzet számára, hogy katasztrófa esetén elszakadhassanak az állomástól és alacsony orbitális pályára állhassanak, majd leszállhassanak a Földön.
13. Manőverező hajtóművek, sok üzemanyaggal az állomás stacionárius pályán tartásához. A komplexum tömegközéppontjának esetleges eltolódásakor csak ezekkel lehet korrigálni a pályamagasságot és irányt, amíg ki nem egyenlítik az eltolódást az alul-felül ellensúlyként használt liftek segítségével.
14. Kommunikációs rendszer a földi állomással, az érkező űrhajókkal, közeli űrállomásokkal és a liftekkel.
15. Mikrometeorokat és űrszemetet figyelő radarberendezés.
16. Két darab holtsúlyként viselkedő, távirányított lift az alsó és felső kábelszárak egyikére, amik feladata az állomás változó tömegközéppontjának kiegyenlítése az építés közben és később a működtetés során. Ezek a liftek a normál működésük során teherként tudományos műszereket, távcsöveket, mikrometeor és űrszemét nyomkövető radarokat, sugárzásmérőket visznek magukkal, tehát csupa olyasmit, amire az állomáson nincs szükség.


A kettős, létraszerű kábelpár gyártásakor a frissen elkészült szakaszt (ami pár méter hosszú) először meg kell vizsgálni minőségi szempontból. Ha megfelelő, vagyis nincs benne komolyabb hiba (az előre számított tűréshatáron belül van), akkor át lehet engedni a főtartón, ami az állomás állványzatához kapcsolja azt, ugyanazzal a módszerrel, amivel a liftek kapcsolódnak a kábelszalagokra. A gyártás során egyszerre kell növeszteni mindkét kábelszalagot mindkét irányba, hogy a komplexum tömegközéppontja ne változzon. Tehát egy szalagpárt lefelé a Földre és egyet fölfelé a mélyűrbe. A két ág tömegének egyformának kell lennie a rendszer egyensúlyához. Ha a szerkezet tömegközéppontja eltér a stacionárius keringési magasságtól, akkor azt elsősorban a két holtsúlyként szolgáló lift mozgatásával kell kompenzálni, amik távvezérléssel mozognak rajta fel-le. A hajtóművek csak azért kellenek, hogy az esetleges térbeli elfordulásokat trimmelni lehessen, illetve ha valamelyik lift elromlik, ellensúlyozni lehessen a kiesését. Ha pedig nagyobb meteor közeledik az állomáshoz vagy az űrlétrához, amit a robotok nem tudnak elfogni, odébb lehessen állni az útjából pár száz méterrel.


Mivel az állomás pozicionálását a Föld felszínéhez kell igazítani, több rögzített rádióadóra van szükség, elsősorban a felszínen, illetve a stacionárius pályákon. Nem biztos, hogy a hagyományos GPS műholdak által biztosított pontosság elegendő lesz ebben az esetben, ezért célszerű egy független helymeghatározó rendszert kiépíteni az űrlétra számára. Ezek mellett használhatók lézeres távmérők is, főként a lifteken, de ezek csak az űrben hatékonyak, mert a Föld légkörében a felhők és a szmog elnyelhetik, szétszórhatják őket.


A meteorveszély elhárítására pályára állíthatók különböző magasságokon lézerágyúkkal felszerelt robotszondák is, amik szétporlasztják a nagyobb törmelékeket vagy odébb lökik őket az útból. Tartósan űrliftet működtetni egy bolygó körül csak akkor lehet, ha tisztán tartható a világűr körülötte, tehát az űrszemét eltakarítása mindenképpen előfeltétele az építkezés megkezdésének. Többek között ezért is valószínű, hogy még sokáig nem lesz a Föld körül űrlétra sehol.


2. AZ ŰRLÉTRA

Mivel mindkét kábelpár az űrállomás állványzatára csatlakozik, az viseli a teljes súlyukat az építkezés során, tehát ennek megfelelően kell méretezni a teherbírását. Amikor a kábelpárok elkészültek, úgy kell őket összekapcsolni, hogy egymást tartsák meg, tehát ne az állványzatot terhelje a súlyuk. Így később az állomást szükség esetén le lehet választani a kábelről, például ha egy új állomást akarunk a helyére kapcsolni. Ez a megoldás azt is lehetővé teszi, hogy az űrállomás vészhelyzet esetén könnyen lekapcsolható legyen a kábelről, így ha az valamiért kiegyensúlyozhatatlanná válik, és zuhanni kezd vagy elrepülne a mélyűrbe, az állomást nem tudja magával rántani. Az űrállomást ekkor a lekapcsolás után a manőverező hajtóművekkel biztonságos távolba lehet vinni és pályán lehet tartani, így később az új kábel gyártása hamarább megkezdhető róla.
Egy kábelszárnak olyan erősnek kell lennie, hogy képes legyen megtartani két teljes terhelésű liftet, amit a legvégére akasztottak (akár alul, akár felül lóg rajta). Így a teljes kábelrendszeren egyszerre nyolc lift tartózkodhat. A földi kiszolgáló platformon és a stacionárius állomáson legalább 4-4 további liftnek kell parkoló, tároló, illetve javítóállást kialakítani, hogy a kábel kihasználtsága folyamatos legyen. Összesen tehát legalább 16 liftre van szükség a szünetmentes, páternoszterszerű üzemeltetéshez. Mivel a szerkezet kiegyensúlyozásához két távirányított lift is elegendő, a többi 14-et csak a rendszer elkészülte után lehet felkapcsolni rá alul (és feljuttatni).


Fontos, hogy minden mozgást a kábeleken egy központi irányító rendszernek kell vezérelnie (a földi platformról, rádió távirányítással és valós időben), ami a liftek mozgását annak megfelelően hangolja, ahogy változik a komplexum tömegközéppontja. Elvileg így szükség esetén minden lift leszedhető a kábelről, bár ekkor a rendszer egyensúlyban tartását csak az űrállomás hajtóművei végezhetik, ami üzemanyag pazarlás (a pótlása a hasznos terhek feljuttatásának kárára történik).
Ha minden kábelszár egyirányú útvonalként működik, tehát az egyiken csak felfelé, a másikon csak lefelé mennek a liftek, akkor a felbocsátási idő a felére csökkenthető. Előnye a módszernek, hogy ha az egyik száron műszaki hiba történik (megsérül a kábel vagy elakad rajta egy lift), a másik még használható marad. Normális körülmények között egy szakaszon csak két lift mozoghat, az egyik felfelé, a másik lefelé. Újabb liftet indítani csak akkor szabad (fentről vagy lentről), ha az első célba ért (fent vagy lent), illetve elakadt valahol és mentésre van szüksége. Ez persze meglehetősen lassúvá teszi a forgalmat, de ha a kábel bírja, akár két lift is mehet egy kábelszáron egymás után. Erről az utolsó fejezetben szólok részletesen.
A kábelpárost adott távolságonként merevítő keresztrudak kapcsolják össze a szalagok oldalélénél. A rudak távolságának nagyobbnak kell lennie a kábel mentén függőlegesen, mint egy lift teljes hossza. Optimálisnak tűnik a 10-20-szoros távolság. A keresztrúd feladata a két kábelszalagot fix távolságra tartani egymástól, hogy amikor egy felfelé és lefelé tartó lift elhalad egymás mellett, kényelmesen elférjenek a nyitott napelemtábláikkal együtt és még véletlenül se ütközzenek össze. Ennek érdekében a keresztrúd hossza kb. 2-3-szorosa kell legyen a lift teljes szélességének a kábelre merőlegesen. Így a két rúd közti szakaszon a szalagok nem tudnak annyira meghajolni, hogy veszélyesen lecsökkenjen a távolság a kábelek között.
A keresztrudaknak is szénszálból kell állniuk, belül merevítéssel. Amíg a lift a légkörben halad, a napelemtáblák közegellenállása miatt célszerű alacsony sebességgel mozognia (max 40-50 km/h), de ennek igazán csak az alsó 10-12 kilométeres szakaszon van jelentősége, ami a teljes távolságnak (fel az űrállomásig) alig kétszázad százaléka.


A földfelszíni fogadóállomást úgy kell kialakítani, hogy a tengeren ússzon, tehát nem szabad a szárazföldre telepíteni. Így odébb mehet ha vihar közeledik vagy ha a kábelrendszer valamiért elmozdul a pozíciójából. Fontos továbbá, hogy nem szabad hozzá rögzíteni a kábelpáros végét, mert a hőtágulás, a vibrációk, elcsavarodások és oldalirányú kilengések miatt a létrakábel vége erősen mozoghat. Ezért úgy kell csatlakoznia az indító álláshoz, hogy a két szalag csak átmenjen egy-egy tartógyűrűn, ami csillapítja a rángásokat, és lehetővé teszi, hogy a szalagok lefelé több száz méter hosszan belelógjanak az óceánba. Így szabadon mozoghatnak föl-le, ha például elmozdul a kábel függőlegesen. A felső, mélyűrbe lógó kábelpáros végein viszont szükség van egy ütközőre, ami megakadályozza, hogy az odaérkező lift lecsússzon róla és elrepüljön az űrbe. Az alsó végeken nincs szükség ilyesmire, így azok szabadon kicsúszhatnak a platform tartógyűrűjéből, nehogy felrántsa az indítóállást a tengerről, illetve elszakadjon a túlfeszüléstől a kábelpár.
Ha a kábel kicsúszik a tartógyűrűből és úgymond elszabadul, a tengeren kevesebb kárt okozhat, mint a szárazföldön, illetve könnyebben elkapható repülőgéppel, ha stabilizálódott a helyzete és visszahúzható a platformra. Erre a célra egy különleges, speciálisan felszerelt, helyből felszálló és helikopterszerűen mozgékony kábelelfogó repülőgépet kell kifejleszteni és a platformon állomásoztatni. Mivel a kábelnek óriási tömege van és relatíve merev szerkezetű, egy repülőgép nem képes csak úgy megfogni (robotkarral) és odébb húzni. Ezért helyette vontatókábelt kell rákapcsolnia a végére, aminél fogva hajóval visszahúzható az űrlétra a platformhoz.
A repülőgépnek arra is képesnek kell lennie, hogy nagy méretű jelzőbójákat akasszon rá a kábelpárra, amik egyrészt mutatják az űrlétra helyzetét, másrészt fenntartják egyes szakaszait a víz felszínén, hogy ne merüljön alá a tengerfenékre és könnyebben kihalászható legyen. A jelzőbójáknak vizuális és rádiós helyzetjelző berendezésekkel kell rendelkezniük, hogy éjszakai sötétben, viharos időben is könnyen megtalálhatók legyenek.
Emellett természetesen célszerű az űrlétra alsó 20-25 kilométeres szakaszát éjszakai vörös jelzőfényekkel ellátni (a merevítőrudakon középen), amik akkumulátorról működnek és nappal a saját napelemtáblájuk feltölti őket. Így a kábel közelébe engedett repülőgépek, léghajók számára láthatóvá tehető a létra (amennyiben az üzemeltető nem ragaszkodik a teljes légtérzárlathoz). A platformon elhelyezett reflektorokkal megvilágítva a kábel alsó részét tovább növelhető a szerkezet biztonsága, bár az valószínű, hogy ha egy légijármű véletlenül nekiütközik a kábelnek, csak kisebb kárt tud benne okozni. Még ha le is szakítja valamelyik szalagot, a merevítőrúd megtartja a sérült részt a másikon lógva, és könnyen visszacsatolható, ha egy repülővel vagy léghajóval visszaemelik a helyére és összefoltozzák.
Ezzel kapcsolatban fontos kérdés a szalagok hibáinak javíthatósága, hogy technikailag mennyire oldható meg a dolog, főleg leszakadás esetén. A szalag foltozásának helye minőségileg nem lehet rosszabb a többinél (teherbírás, méret, a felület mászhatósága a liftek számára).
A kábelrendszeren való közlekedést szabályozó központi számítógépnek folyamatosan, szünet nélkül figyelnie kell az egész űrlétra helyzetét a rajta elhelyezett érzékelőkön és a független, külső megfigyelőpontokon keresztül. A vezérlés baleset, műszaki hiba vagy karbantartás közben sem szűnhet meg, tehát a platformon két teljes, egymástól függetlenül üzemelő irányítórendszerre van szükség, valamint egy további tartalékra valahol a szárazföldön, hogy a platform kiesése esetén azonnal átvehesse a vezérlést. Ilyen kiesés lehet egy tomboló vihar, áramkimaradás vagy szabotázs akció. Elsődleges szabály, hogy az űrlift sosem maradhat számítógépes irányítás (felügyelet) nélkül. A vezérlőprogramnak pontosan és valós időben tisztában kell lennie nem csak a kábelek, de a rajta lévő liftek helyzetével, súlyával, és más fontos paramétereivel is, amik a szükséges számítási feladatok véges időn belüli megoldásához kellenek.
A kábelre kapcsolódó űrállomás sem egészében, sem részben nem foroghat semmilyen tengely körül, tehát mozdulatlanul kell állnia a Földhöz képest. Sem a kábelre eső tengely, sem egy arra merőleges tengely körül nem végezhet elfordulást egyik része sem, mert ez a csapágyazás súrlódása vagy bármilyen műszaki hiba esetén elcsavarja a kábelt. Tehát nem lehet az űrállomáson forgódobos technikával mesterséges gravitációt előállítani. Így ott vagy súlytalanság lesz vagy erőtér alapú mesterséges gravitációt kell biztosítani a személyzetnek (aminek még csak az elméleti alapjai léteznek).
Ha forgódobos megoldással akarunk az űrben mesterséges gravitációt létrehozni, akkor annak az űrállomásnak nem szabad kapcsolódnia az űrlétrához. Viszont keringhet tőle 10-20 km-re a stacionárius pályán, ekkor a két állomás között kompokkal lehet átjárni.

3. AZ ŰRLIFTEK

Egy liftet célszerű úgy kialakítani, hogy szerkezetileg nyolc részből álljon. Ebből hat alkotja a hordozórendszert, kettő a rakományt. A lift két oldalról fogja közre a szalagot és ezért kétfelé szétszedhető, így lehet felkapcsolni rá vagy leszedni róla. A lift két oldala három-három részből áll (felső, középső, alsó), melyek képesek önállóan megkapaszkodni a kábelben, de önállóan nem mászóképesek. A lift csak összerakva mászóképes, ha mind a hat darabja össze van kapcsolva. A rakomány két részben a középső liftrészre kapcsolódik, aminek egyrészt az a feladata, hogy összekapcsolja az alsó és fölső részt, másrészt a rakományt a kábelen megtartsa (akár önállóan is).


Fontos kérdés, hogy a liftnek mennyi lehet az optimális tömege (üresen, illetve rakománnyal), vagyis egy ilyen szerkezetet mekkorának érdemes megépíteni, hogy gyors legyen és megbízható, ugyanakkor kellő méretű és súlyú rakományt tudjon felvinni magával. Úgy gondolom, hogy legalább 10 tonnás rakományokat kellene tudnia szállítani egy tartón (azaz összesen 20 tonnát), illetve a saját súlya nem lehet több a rakomány súlyánál, tehát egy lift teljes súlya valahol a 30-40 tonna körül lehet minimum. A súlyhatár meghatározása azért fontos, mert a későbbiekben az űrlétra egész élettartama során csak ekkora terhek vihetők fel rajta, így az összes űreszköz tervezésénél figyelembe kell venni a lift terhelhetőségét.
Mivel az űrlétra két szalagból áll, szükség esetén az is megoldható, hogy egy nagy terhet egyszerre két liftre akasztva vigyünk föl rajta. Ekkor a rakomány a szalagok között lóg szabadon és a liftek párhuzamosan haladnak felfelé. A teher rögzítésénél ügyelni kell rá, hogy az a liftek egyik oldalán lógjon és ne ütközzön össze a merevítőrudakkal menet közben.


Egy liftnek távirányítással könnyen szétszedhetőnek és összerakhatónak kell lennie, mind a felszíni platformon, mind az űrállomáson. Egyrészt a két oldalára, másrészt a nyolc részére, és a részeknek átemelhetőknek kell lenniük a teherdarukkal az űrlétra alsó részéről a felsőre vagy az egyik szárról a másikra. A rakományt tartalmazó két tartóállványnak szintén leszedhetőnek kell lennie a lift két oldaláról. Ezeket egyrészt az űrállomás állványzatára kell kapcsolni, mielőtt sor kerülne a rakomány tovább juttatására (kilökésére az űrbe), másrészt az üres tartóállványoknak összecsukhatónak kell lenniük, hogy ha több összegyűlt belőlük, teherként levihetők legyenek a lifttel (újra felhasználhatóság). Ha utaskabin van a tartóállványra erősítve, annak összekapcsolhatónak kell lennie az állomás lakóterének bármelyik zsilipjével vagy egy másik utaskabinnal, tehát minden zsilipajtónak egyformának kell lennie (és megfelelő méretűnek a rakodáshoz).
Amikor egy menetkész liftet fölkapcsolnak a kábel alsó végére, annak azonnal el kell kezdenie mászni fölfelé. Nem maradhat a platformon a szalagba kapaszkodva, mert a kábel esetleges mozgása föl-le rángatná és odacsapná az alját a platformhoz. Épp ezért a lift indítása csak akkor történhet, ha a kábel nyugalomban van (nem rángatózik). Emellett az indító platformot süllyeszthetőre kell megcsinálni, akár egy teherliftet, ami felemeli az űrliftet a magasba (2-3 méterre a startszintről), majd az indításkor (mikor a lift belekapaszkodik a szalagba) azonnal lesüllyed alóla, hogy ne csapódhasson rá vissza a lift. A teherlift padlózatát és az indító platformon, valamint az űrliftek alját egyaránt rugalmas borításúra kell csinálni (amortizátorok) az esetleges ütközés, lezuhanás okozta károk csökkentésére. A lefelé érkező liftnek értelemszerűen azonnal le kell válnia a kábelről (el kell engednie), amint ráhuppant a platform tetejére, nehogy megrángassa a szalag. Mindezen veszélyek miatt az űrfelvonó rendszer működésének legkritikusabb része a fel és lekapcsolási manőver lesz a felszíni platformon.
Tovább nehezíti a feladat megoldását az, hogy amikor lekapcsolódik egy lift a kábelről, a rendszer tömegközéppontja azonnal eltolódik fölfelé, illetve felkapcsolódáskor lefelé, amit a felső ágon mászó ellensúly lifttel nem lehet kiegyenlíteni. Az ebből fakadó elmozdulásokat a legegyszerűbben úgy lehet megoldani, ha az érkező lift lekapcsolása egyszerre történik az induló lift felkapcsolásával. Ha erre nincs lehetőség, akkor az induló lift helyett egy ellensúlynak használt liftet kell rákapcsolni, ami holtsúlyként lóg a platform fölött pár méterrel a szükséges ideig.
Mindezek miatt a két kábelszalag terhelése egymáshoz képest aszimmetrikusan fog változni, ami a teher húzóereje miatt némi nyúlást okozhat hosszirányban (néhány centit vagy max 1-2 métert). Ha el akarjuk ezt kerülni, akkor célszerű lesz a holtsúlyt ugyanarra a szalagra kapcsolni, mint az utazóliftet. Ezt úgy lehet megoldani, ha a platformon egy indító torony áll a szalagok mellett, amin felül történik az utazóliftek fel és lekapcsolása, alatta pedig ezzel egy időben a közel azonos tömegű holtsúly liftet kapcsolják le és fel rá, másodpercre pontosan. A kábel megfogása és merev rögzítése a platformhoz szigorúan tilos, a túlfeszülés és szakadásveszély miatt.


Az űrlift váza összeszerelve három fő részből áll függőlegesen tagolva. A felső részben van a mászóhajtómű, ami egy jól tapadó felületű, hernyótalpas szorítórendszer segítségével kapaszkodik a szalagba és mozog rajta föl-le, nagy sebességgel és feltétlenül csúszásmentesen. Itt van a lift vezérlőrendszere és több (optimálisan négy) elforgatható napelemtábla, amik a mászógép számára biztosítják az energiát. Ennek tetején található az űrállomáshoz (vagy másik lifthez) csatlakozó berendezés, ami ahhoz kell, hogy elengedhesse a kábelt a leszereléshez (és ne essen le róla), valamint a felső ütközéscsökkentő amortizátor, ha egy másik lifthez csatlakozik, ami felette van, továbbá a lézeres távmérő, ami a felette lévő lifttől vagy az űrállomástól való távolságot méri.
A középső részre lehet rákapcsolni a rakományt, a hordozó két oldalára egyet-egyet. Egy rakomány két fő részből áll: a tartóállványzatból (ami a középső liftrészhez rögzíti könnyen leszedhető módon a rakományt) és a hasznos teherből. A hasznos teher lehet egy nagyobb űreszköz (egészben felszállítandó tárgy), liftmentő blokk (teherdaru), kábelkarbantartó blokk (minőség ellenőrző és javító rendszer) vagy utasszállító blokk (6-12 utasnak az életfenntartó rendszerrel és csomagokkal együtt).
Az alsó részen vannak a szünetmentes tápegységek, a rádiós magasság érzékelők, az alsó lézeres távmérő, további forgatható napelemtáblák (optimálisan négy), és legalul az alsó csatlakozók (alsó lifthez), valamint az alsó amortizátorok, amik a platformra való leszálláskor csökkentik az ütközést.
Az utasszállításra használt fülkének saját energiacellái kell, hogy legyenek, hogy a lift teljes elromlásakor is életben tartsa az utasokat, akiknek a légkörön való áthaladás közben szkafandert kell viselniük bármilyen hiba esetére.
A lifteknek képesnek kell lenniük egymással összekapcsolódni a kábelen alul és felül egyaránt, valamint a két oldali utasfülkék és az összekapcsolt liftek között szkafanderben át kell tudni járni egy külső létrán (a mentés érdekében). A fülkékből az állomásra való átszállást (zsilipen keresztül) két módon lehet megoldani. Egyrészt a kábelen lógó liftből (a liftfogadó dokkszelvényen át), másrészt a daruval leemelt és a főállványra kapcsolt fülkéből (valamelyik külső zsilipen át). Szükség esetén a fülkék légteleníthetők, tehát egyben zsilipként is működnek, hogy mentéskor elhagyhatók legyenek. Az utasfülkéket úgy kell kialakítani, hogy bennük a levegő, élelem és energia elég legyen arra, hogy fölmenjenek és lejöjjenek, plusz egy napot várakozzanak odafent az állomáson, így bármilyen hiba esetén bőven van ideje az utasoknak cselekedni vagy várni a mentőegységre. Ez nagyjából 31 napot jelent a gyakorlatban, lásd a későbbi fejezetek számításait.

4. A MENTŐLIFT

Az űrlétra biztonságos üzemeltetéséhez két (állandóan menetkész) mentőblokkra van szükség. Az egyik lent állomásozik a felszíni platformon, a másik fent az űrállomáson. A mentőblokk egy olyan rakomány, ami gyorsan fölkapcsolható bármelyik liftre, és lényegében egy nagy teherbírású, hosszú és hajlékony teherdaruból áll, amivel le lehet emelni a felette vagy alatta lévő, álló (sérült) liftről a rakományt mindkét oldalról, illetve a szomszédos száron, mellette álló liftről, és ezt át tudja venni a szabad oldalára, majd levinni a Földre vagy felvinni az űrállomásra. A mentőegységként használt lift a mentőblokk mellett vihet magával egy utasfülkét is (a másik oldalán) arra az esetre, ha emberi beavatkozásra van szükség, pl. külső szerelési munkát kell végezni. Ekkor a szkafanderes szerelőt a daru tudja átemelni egy kosárban bárhová (távirányítással).
Az összekapcsolt lifteknek képesnek kell lenniük rá, hogy együtt mozogjanak a kábelen, egy szerelvényként, de önálló hajtóművekkel. Ha egy lift javíthatatlanul elakad a kábelen, akkor a mentőlift először leveszi róla a rakományokat és biztonságba helyezi, majd az üres lift két oldalát 3-3 darabra szétszedve (felső, középső, alsó), egyenként le tudja hozni (6 darabban). Így összesen egy elakadt lift lehozatalához egy mentőliftnek 8 kört kell mennie föl-le.
Kábelszakadás esetén vagy ha muszáj leválasztani a liftet a kábelről valami súlyos probléma okán, például mert az életfenntartás kimerülése miatt nincs idő megvárni a mentőliftet, az utasfülkének kilőhetőnek kell lennie a hordozóról. Ekkor kis rakétákkal eltávolodik a zuhanó fülke a kábeltől, majd a légkörbe érve kinyit egy nagy fékezőernyőt. Ez lelassítja a felső légkörben és végül leteszi a tengerre épségben. Az utasszállító blokkot úgy kell kialakítani, hogy teljes terhelés mellett is ússzon a vízen és a fedélzeten mentőmellényeknek, jelzőrakétának is kell lennie. A lift többi részének (a hordozó 3-3 darabjának) nem kell mentőernyő, azokat vagy lehozza később a mentőlift vagy leválasztják és ekkor ezek lezuhanva elégnek a légkörben vagy a tengerbe csapódnak.
Mivel a liftek a Föld és az űrállomás között közlekednek elsősorban, az alacsonyabb keringési pályára szánt űreszközök két módon juttathatók a helyükre. Az egyik, ha felviszik őket az állomásra, majd onnan indítják és viszik alacsonyabb pályára. A másik, hogy a lift felviszi a kívánt magasság fölé nemsokkal, majd leválasztják és a saját hajtóművével felgyorsítva éri el az orbitális pályát. Erre azért van szükség, mert a kábelpár csak az űrállomás magasságában kering orbitális sebességgel. Ez alatt lassabban kering, tehát gyorsítani kell rajta, különben lezuhan, ez fölött pedig gyorsabban kering, tehát lassítani kell rajta, különben parabolapályán kivágódik a mélyűrbe.

5. A FELSŐ ÁG HASZNÁLATA

A Naprendszerbe szánt űreszközök könnyen indíthatók a felső ág szárairól oly módon, hogy felviszik őket az állomásra, ott a daru átrakja a liftet vagy csak a rakományt a felső ágra, majd kiviszik annak a végére (a végponti ütközőig) és egyszerűen elengedik. Ekkor a saját sebességénél fogva, ezzel a kezdő lendülettel vág neki az űrnek. A felső ág két szárából csak az egyik használható erre a célra, a másikon az ellensúly liftnek kell mozognia, amit nem szabad korlátozni, akadályozni a mozgásában a rendszer egyensúlyának megtartása érdekében. Az űrlétra alsó fele csak így használható folyamatosan és biztonságosan.
A felső ág végpontja elméletileg használható fogadóegységként is, például ha egy nagy sebességgel érkező űreszköz pontosan szinkronizált pályán közelíti meg. Ekkor az űreszköznek nem kell fékező manővert végrehajtania a Föld körüli pályára álláshoz, hanem a kábelvégen lógó lift a mentődaru karral elkapja és rögzíti a kábelen, majd lehúzza az űrállomáshoz. Ez persze csak kisebb tömegű eszközöknél lehetséges (pl. mentőkabin) a kábel terhelhetőségének korlátja miatt, és ráadásul elég bonyolult úgy beállítani egy röppályát, hogy pont elkapja a kábelvéget, amikor az űreszköz odaér. Így a gyakorlatban ezt valószínűleg sosem fogják használni, csak indítani fognak a kábelvégről kisebb teherrakományokat és űrszondákat a Naprendszerbe.

6. AZ ŰRLÉTRÁT FENYEGETŐ FŐBB VESZÉLYEK

1. Sugárveszély. Mivel a szerkezet kilóg a Van-Allen övezetből (keresztül nyúlik rajta), Napvihar idején ki van téve a töltött részecskék záporának. Ez ellen az űrállomás lakórészlegének és a liftek utasfülkéinek sugárzásvédelmével lehet védekezni (ami viszont a súlya miatt csökkenti a felvihető hasznos terhet). A két Van-Allen övezet magassága: belső zóna (protonokkal töltött): 3-6000 km, külső zóna (elektronokkal töltött): 20-27000 km. Egyelőre fogalmunk sincs, milyen hatással lesz a kábelszalagok anyagára a töltött részecskék áradata.
2. Elektromos feltöltődés és kisülés. A szén nanocsövekből készült kábel elektromosan jó vezető, ezért a szabad elektronok villámcsatornaként használhatják. Ezt a kábel levezeti a tengerbe, ami elnyeli az energiát, viszont a lifteket, az űrállomást, a darukat és a platformot szigetelni kell tőle. A platformon emiatt állandó villámcsapásveszély áll fenn, így a kiszolgáló személyzet csak védőruhában dolgozhat rajta a szabadban.
3. Kábelrángások. Az űrállomás mozgása, rezgése, a liftek föl-le mozgása miatt oldalirányú rángások keletkezhetnek a rugalmas kábelen, ami lehet olyan erős is, hogy letépheti a szalagról a lifteket (egészében vagy lerázhatja róla a rakományt). Ezeket a rándulásokat folyamatosan figyelni kell, és ha ilyesmi történik, meg kell állítani (vagy le kell lassítani) a liftet. A lift tömege valószínűleg lefékezi a rándulásokat, de nem fogja őket teljesen elnyelni. A kábel alsó része benyúlik a légkörbe, ahol a szél is megrángathatja, elcsavarhatja azt, mivel a lapos szalag vitorlaként viselkedik. További veszélyt jelentenek a belső mechanikai feszültségből eredő elcsavarodások (a változó terhelés miatt), amik megnövelik a kábelszárak anyagára nehezedő húzóerőt és szélsőséges esetben eltéphetik a szalagot.
4. Hőtágulás. Az űrlétra a Föld körül keringve minden nap belép a bolygó árnyékkúpjába, ahol gyorsan hűlni kezd, majd a napfényre kiérve újra felmelegszik. A napi hőingás következtében fellépő dilatáció miatt a szalagok hossza akár 1-2 méterrel is megnőhet, illetve az éjszakai oldalon megrövidülhet, ami a szalag alsó végét mindenképpen föl-le fogja rángatni (nem tudjuk mekkora sebességgel). A ciklikus folyamatot megzavarja az, ha az űrlétra bekerül a Hold árnyékkúpjába is alkalmanként. Mindez fokozottan igénybe veszi majd a szerkezet tartószilárdságát és terhelhetőségét, amit szintén számításba kell venni a tervezésnél.
5. Mikrometeorok. Meteorok csapódhatnak az űrállomásnak, a lifteknek vagy a kábelszalagoknak. Ezeket állandóan figyelni kell és elhárítani az ütközéseket. Az állomásról elszabaduló tárgyakat összeszedő robotoknak képesnek kell lenniük elkapni a meteorokat a hálóikkal. Szükség esetén (a kábel rugalmassága miatt) az állomás a hajtóműveivel odébb is mehet a nagyobb meteorok útjából, ha nincs más megoldás.
6. Korrózió. A kábel anyagát kikezdheti a napsugárzás, kozmikus sugárzás, a rajta végigfutó elektromos áramok hatása, a légkör, a tengervíz, a hőingadozás, a rángatózás miatti anyagfáradás, a liftek mászóberendezése által okozott súrlódásos kopás és a mikrometeorok becsapódásai. Mindezek miatt vagy védőréteggel kell bevonni a kábelt (például pár molekularétegnyi vastag gyémánttal) vagy túl kell méterezni, hogy kisebb sérülések esetén se szakadjon el. A korrózió mértéke döntően meghatározza az űrlétra élettartamát, ezért ismerete alapvető fontosságú nem csak az üzemeltetés, hanem a gazdaságosság szempontjából is.
7. Egyensúlyvesztés. Ha bármi okból a kábelrendszer tömegközéppontja eltér a stacionárius magasságtól, máris kész a baj. Ha felfelé tolódik el, felrántja a kábelt a platformról a levegőbe, vagyis elszabadul a vége és az egész kirepül az űrbe, ahonnan később (rákapcsolt hajtóművekkel, nagy nehezen) visszavontatható (feltéve, hogy nem csavarodik rá a Holdra). Erre a célra nem ártana készenlétben tartani vontató űrhajókat, illetve az ellensúlyként használt liftekre fel lehet szerelni tolóhajtóműveket (rakományként).
Ha lefelé tolódik el a tömegközéppont, a kábel egy darabig csúszik le a tartógyűrűn a tengerbe, majd a pályamenti sebesség fokozatos növekedése miatt keleti irányban lefekszik a bolygó felszínére, körbe az egyenlítőn. Mivel gyorsabban kezd el keringeni, mint amennyivel a Föld forog alatta. Ha nem választják le időben az űrállomást, akkor az is lezuhan és magával rántja a kábel felső részét is. Így a több, mint 70 000 km hosszú kábel majdnem kétszer körbetekeredhet a bolygó egyenlítőjén. A felfelé tolódó kábelt súly ráakasztásával vissza lehet húzni, a lefelé tolódót pedig súly leválasztásával fölfelé lehet eltolni. Ezért kell a lifteknek gyorsan és könnyen leválaszthatónak lenniük vészhelyzet esetén, mert inkább egy lift vesszen el, mint az egész űrlétra.
Amennyiben mégis lezuhan a Földre a kábelszalagpár, az könnyen okozhat nemzetközi incidenseket az útjába kerülő országok miatt. A szalagok ereszkedése lefelé haladva egyre nő, míg végül már a hangsebességnél gyorsabban zuhanva csapódik a szárazföldre, illetve az óceánba. Közben természetesen komoly pusztítást végez az alá kerülő területeken, kidöntve a fákat, leszakítva a villamos felsővezetékeket, beszakítva a házak tetejét (esetleg össze is omlasztva őket a rájuk nehezedő súlytól és a becsapódás sebességétől függően). Az űrlétra felső vége a hangsebességet átlépve hangrobbanást kelt, miközben ostorszerű csattanással a talajra csapódik, egy előre szinte megjósolhatatlan pontján a bolygónak. A szalagpár lezuhanása ráadásul olyan gyors lesz, hogy valószínűleg nem marad ideje a hatóságoknak riasztani a környéken élőket, így az emberek még elszaladni sem tudnak (két oldalra) a nyugati irányból vadászgép sebességével közeledő űrlétra elől. A következő országoknak van ez esetben félnivalójuk (ha a szalagpár szigorúan követi az egyenlítőt).: Ecuador, Peru, Kolumbia, Brazília, Gabon, Kongó, Uganda, Kenya, Szomália, Maldív-szigetek, Indonézia és a Gilbert-szigetek.
8. Kábelszakadás. Túlterhelés, anyagfáradás, meteorbecsapódás esetén bárhol elszakadhat a kábel. A szakadásnak nagyobb a valószínűsége az állomás közelében, ahol nagyobb a rá nehezedő súly, amit tartania kell, ezért fölfelé egyre vastagabbnak kell lennie a kábelszalagnak. Mind a négy kábelszárat úgy kell méretezni, hogy a saját súlyuk mellett két teljes terhelésű liftet is elbírjanak gond nélkül. Plusz legalább 50%-os hibahatárra van szükség a kisebb sérülések miatt.
9. Lifthiba. A legvalószínűbb hibaforrás az, ha elakad egy lift menet közben. Ha nem javítható helyben, akkor le kell választani a szalagról, és darabonként lehozni vagy ledobni, hogy ne akadályozza a forgalmat. A mentőliftnek képesnek kell lennie rá, hogy az elakadt liftről daruval leválassza a rakományt, és lehozza a felszínre (vagy felvigye az űrállomásra), majd visszamenjen a liftért, hat darabban leszedje a kábelről és azt is lehozza (felvigye).
10. Ellenséges támadás a lift ellen. Szabotázs, robbantás, rakéta támadás ellen is védeni kell a rendszert. Ezért célszerű az óceánra telepíteni az egyenlítő vidékére. Az Indiai-óceánra és a Csendes-óceánra elsősorban, olyan helyre, ahol nincsenek szigetek sem a közelben, amik akadályoznák a platform szabad mozgását bármilyen irányba.

7. ÜZEMELTETÉSI SZÁMÍTÁSOK

A geostacionárius pályamagasság 35785 km, azaz a Föld középpontjától számolva 42163 km. A Föld egyenlítői forgási sebessége: 465 m/s. Sugara: 6378 km. Kerülete: 40075,7 km. A forgási idő 23 óra 56 perc, ami 86160 másodperc. A geostacionárius pálya hossza 264917,9421 km, ahol az űreszközök keringésének sebessége: 3,07472 km/s.
Ha az űrlétra kábelének felső ága ugyanolyan hosszan nyúlik ki az űrbe, mint amilyen hosszú az alsó ága le a felszínre, akkor a vége a Föld középpontjától 77948 km-re van. Ezen a ponton a keringési pálya hossza: 489761,7283 km, a keringés sebessége pedig: 5,684328 km/s. Ez pont a fele a felszíni szökési sebességnek. Az űrlétra teljes hossza így nagyjából 71570 km lesz.


Mivel az űrlift kapaszkodás közben mászik fölfelé és lefelé a kábelen, a mechanikus, mozgó alkatrészek miatt nem érhet el akármekkora sebességet. Technikailag a szakértők elérhetőnek tartják a 180-200 km/h sebességet, de legyünk óvatosak (pesszimisták) és limitáljuk az utazósebességet csak 100 km/h-ban (gyorsvonati sebesség). Ekkor a Földről az űrállomásra 357,85 óra, azaz 14,91 nap, vagyis 15 nap alatt ér fel egy lift. Ha két lift is mehet egy kábelszáron egymás után, mert a terhelhetőség ezt megengedi, akkor hetente indulhat az űrbe egy rakomány.

Készült: 2007.11.11. - 2008.12.31.

Következő írás

Vissza a tartalomhoz