BẰNG CHỨNG TƯƠNG LAI: Một thang máy vào không gian
Bởi Oon Yeoh - Ngày 8 tháng 9 năm 2019
Tập đoàn Obayashi đã công bố Kế hoạch xây dựng thang máy không gian để kết nối Trái đất và không gian vào năm 2050.
Gần đây có rất nhiều người quan tâm đến việc quay trở lại mặt trăng. Hiện tại, cách duy nhất để làm điều đó là thông qua tên lửa. Đây là những chi phí rất tốn kém và sử dụng một lượng lớn nhiên liệu. Một giải pháp thay thế vẫn chưa khả thi về mặt kỹ thuật mặc dù những nỗ lực đang được tiến hành để biến nó thành hiện thực.
Tôi đang nói về thang máy không gian! Những thang máy này có dây cáp kéo dài từ Trái đất lên phía mặt trăng hoặc ngược lại. Đây không phải là một giấc mơ viển vông. Năm 2003, NASA công bố một báo cáo chi tiết về thiết kế khả thi cho việc này.
Khái niệm về thang máy không gian đã cũ hơn rất nhiều so với những gì bạn có thể mong đợi. Konstantin Tsiolkovsky lần đầu tiên mô tả một loại thang máy không gian vào năm 1895. Ông đã đề xuất xây dựng một tòa tháp từ bề mặt trái đất lên đến quỹ đạo địa tĩnh. Vấn đề với ý tưởng của ông là một cấu trúc như vậy sẽ sụp đổ dưới sức nặng của chính nó.
Nhưng ý tưởng này vẫn thường xuyên xuất hiện trong khoa học viễn tưởng. Ví dụ: vào năm 1979, Arthur C. Clarke đã viết toàn bộ cuốn tiểu thuyết The Fountains of Paradise về việc xây dựng một thang máy không gian như vậy. Ngày nay, 40 năm sau, nhiều nhà khoa học tin rằng đây không chỉ là một khái niệm khoa học viễn tưởng mà còn thực sự có thể áp dụng được.
Các khái niệm hiện đại về thang máy không gian hình dung ra một thang máy sẽ được chế tạo bằng cách sử dụng cáp gắn ở một đầu với bề mặt Trái đất và với một đối trọng lớn ở đầu kia (sẽ nằm trong quỹ đạo địa tĩnh, cách Trái đất khoảng 36.000 km).
Lực hấp dẫn của trái đất sẽ kéo sợi cáp xuống trong khi lực ly tâm từ đối trọng quay quanh sẽ kéo lên trên. Những lực đối lập này sẽ làm giảm căng thẳng cho chính thang máy.
Thang máy không gian sẽ dựa vào các “bánh xích” di chuyển dọc theo dây cáp cố định để vận chuyển vật phẩm và có thể là cả con người. Năng lượng rất có thể sẽ được cung cấp bởi năng lượng mặt trời. |
Tuy nhiên, thời gian di chuyển sẽ chậm hơn nhiều so với tên lửa. Nếu người leo núi di chuyển với tốc độ chẳng hạn là 300 km một giờ thì sẽ mất 5 ngày để đến được quỹ đạo địa tĩnh.
XÂY DỰNG THANG MÁY KHÔNG GIAN
Bản vẽ ý tưởng của Obayashi.
Một cách tiếp cận khác không liên quan đến việc gắn cáp vào một bệ trên trái đất mà là trên một bệ trên mặt trăng. Trong kịch bản này, một sợi cáp sẽ được chạy từ mặt trăng và ra ngoài không gian.
Về cơ bản, đó là ý tưởng đằng sau Spaceline, được mô tả trong một báo cáo được công bố gần đây bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia và Đại học Cambridge.
Theo khái niệm Spaceline, các phi hành gia sẽ chỉ cần đến điểm cuối của dây cáp và bám vào một tàu con thoi (hoặc bánh xích) chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ leo dọc theo chiều dài của nó.
Lý do kết nối cáp với mặt trăng chứ không phải Trái đất là vì lực hấp dẫn và chuyển động quay mạnh hơn của Trái đất sẽ khiến cáp bị đứt. Sẽ có ít nguy cơ xảy ra điều đó hơn nếu nó được buộc vào mặt trăng.
Mặc dù hiện nay không có vật liệu nào có thể được sử dụng để chế tạo loại cáp như vậy nhưng nhiều nhà khoa học tin rằng ống nano carbon là câu trả lời, với loại cáp cực kỳ hẹp ở hai đầu (để nó không bị xẹp xuống dưới áp suất hấp dẫn) mà dày hơn ở giữa (để tránh bị gãy).
Trước năm 1991, chưa có vật liệu nào đủ bền để chế tạo loại cáp như vậy. Điều đó đã thay đổi khi nhà vật lý Sumio Iijima của Nhật Bản phát hiện ra cơ chế của ống nano carbon, một loại vật liệu có độ bền lý thuyết được sử dụng làm cáp thang máy không gian. Chỉ dày hơn nước 30%, ống nano carbon được cho là bền hơn 1.000 lần so với cáp thép truyền thống.
Vấn đề là những vật liệu này vẫn chưa thể được sản xuất theo quy mô để có thể sử dụng cho mục đích đó. Ống nano carbon dài nhất từng được chế tạo chỉ dài vài inch và rộng một nanomet. Vì vậy, cần phải thực hiện nhiều công việc hơn nữa đối với vật liệu này trước khi nó có thể được sử dụng cho thang máy vũ trụ.
Có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên khi tập đoàn hàng đầu về thang máy vũ trụ lại đến từ Nhật Bản. Tập đoàn Obayashi đã công bố Kế hoạch xây dựng thang máy không gian để kết nối Trái đất và không gian vào năm 2050.
Kế hoạch của nó là có sáu toa thang máy di chuyển giữa một bệ trên biển và một trạm vũ trụ quay quanh Trái đất. Một chuyến đi từ biển lên trời sẽ mất khoảng tám ngày. Ý tưởng này dựa vào việc tạo ra các ống nano carbon ở quy mô cần thiết. Obayashi tin rằng vấn đề về dây cáp có thể được giải quyết vào năm 2030. Trong khi đó, các nhà khoa học tại Đại học Kanagawa đã bắt đầu thiết kế những chiếc ô tô robot, dự kiến có thể chở được khoảng 30 người.
Nếu Obayashi thành công, nó sẽ thay đổi hoàn toàn việc du hành vũ trụ do sự thay đổi đáng kể về chi phí. Hiện tại, sẽ tốn khoảng 22.000 USD mỗi kg (92.000 RM) để đưa một gói hàng từ trái đất vào quỹ đạo địa tĩnh bằng công nghệ tên lửa. Thang máy không gian được cho là có thể cắt giảm chi phí đó tới 95%.
Michio Kaku, giáo sư vật lý tại City College of New York và là một nhà tương lai học nổi tiếng, cho biết thang máy không gian là Chén Thánh của khám phá không gian. “Hãy tưởng tượng nhấn nút ‘lên’ của thang máy và đi lên thiên đường. Nó có thể mở ra không gian cho người bình thường.”
Tên lửa là một phương pháp đã được chứng minh là có thể đưa con người lên mặt trăng nhưng chúng không thực tế nếu ý tưởng là biến việc du hành lên mặt trăng trở thành xu hướng chủ đạo. Chúng cực kỳ đắt tiền, cần một lượng nhiên liệu khổng lồ và để lại rất nhiều rác vũ trụ. Cho dù đó là cáp từ Trái đất hay mặt trăng, thang máy không gian có thể là giải pháp.
