Inimest on alati innustanud soov jõuda kiiresti kuhugi, ja kui võimalik, võtta kaasa hästi palju asju. Selle unistuse nimel on pingutatud kogu ajaloo vältel. Unistus õppida lendama ning jõuda kosmosesse on samuti inimkonda saatnud aegade algusest. Viimase sadakonna aasta jooksul on Maa-lähedasse kosmosesse minek ka reaalselt teoks saanud. Kuid endiselt on see väga kallis.
Ühe kilogrammi Maa-lähedasele orbiidile viimine maksab vähemalt 400 000 krooni. Seega peab olema mingi asja kosmosesse viimiseks väga oluline põhjus ja palju raha. Veelgi väljakutsuvam on võimalus käia sama sõidukiga kosmoses korduvalt. Ka see võimalus on tänapäeval olemas. Kui 1981. aastal saatis USA üles esimese kosmosesüstiku Columbia, algas nn taaskasutatava kosmosesõiduki ajastu. Ja kuigi areng on viinud ka esimeste kosmoseturistideni, on tegemist raske ning ülimalt kalli tehnilise lahendusega.
Köiega taevasse
Juba 1960. aastatel pakkus insener Juri Artsutanov välja idee, kuidas kinnitada köis "taeva ja maa vahele" ning kuidas mööda seda on võimalik asju, ja miks ka mitte inimesi, kosmosesse viia. Idee ise on lihtne: selleks tuleb Maa tehiskaaslase külge kinnitada vant. Kui tehiskaaslane on geostatsionaarsel orbiidil ehk siis 35 786 kilomeetri kaugusel Maast, oleks asi veel lihtsam: kuna tehiskaaslane on Maa suhtes paigal, siis on võimalik ehitada Maa-pealne tugijaam, mille külge vandi alumine ots kinnitada, ja tegemist oleks statsionaarse "kosmoseliftiga".
Idee on ilus ja selge, sest selle toimimise aluseks olevad loodusseadused on klassikalised ja kontrollitud. Lihtsaim viis, kuidas igaüks saab ideed katsetada, on kinnitada nööri otsa teatav raskus ja keerutada seda ümber näpu. Selle idee tegi laialdaselt tuntuks ulmekirjanik Arthur C. Clarke. Sama kirjanik on tuntuks teinud ka geostatsionaarse satelliidi idee, mille esmakordselt 1968. aastal pakkus välja Herman Potočnik.
Arendades ideed edasi, on kerge leida, et kui pikendada vanti kaugemale, tekib Maa pöörlemisest energiat saav seade, mille abil on võimalik kosmosesüstikuid saata näiteks planeetidevahelisele orbiidile. Samuti on võimalik ehitada kosmoselift, mille vastukaal ehk satelliidi mass on oluliselt väiksem. Kui kasutada umbes 100 000-kilomeetrist vanti, siis 20-tonnise lifti kosmosesse tõmbamiseks on vaja "vaid" 650-tonnist vastukaaluks olevat satelliiti.
Idee iseenesest on lihtne, samas naljakas ning uskumatu
Nagu paljude asjadega, muutuvad mõned fantastilised ideed ootamatult populaarseks. Niisugune saatus on tabanud ka kosmoselifti ideed. Liftport The Space Elevator Companies on firmadest ja teistest huvilistest moodustatud grupp, kes töötavad selle elluviimise nimel. Eesmärk on saada seade tööle hiljemalt 27. oktoobril 2031. Veelgi enam, mittetulundusühing Spaceward Foundation on algatanud projekti Elevator 2010. Tegemist on viieaastase ja viie miljoni dollari suuruse auhinnafondiga võistlusega, mille käigus loodetakse välja arendada peamised tehnoloogiad, mis on vajalikud kosmoselifti ehitamiseks. Programm töötab tihedas koostöös NASA Centennial Challenges programmiga, mille eesmärk on arendada päikesesüsteemi uurimiseks vajalikku tehnoloogiat ning stimuleerida innovatsiooni selles valdkonnas. Samuti toimuvad regulaarselt teadlaste ja tehnoloogide konverentsid, kus räägitakse saavutatust ning peetakse plaani, kuidas tegutseda edasi.
Spaceward Foundation korraldab igal aastal võistluse, kus osalevad võistkonnad peavad jõudu katsuma mingi kosmoselifti arendamiseks vajaliku tehnoloogia arenduse suunas. 2007. aasta võistlus toimus oktoobris Salt Lake City piirkonnas. Võistkonnad pidid ehitama roboti, mis liigub mööda vertikaalset linti kiirusega vähemalt 2 m/s ning mille kaal peab olema vahemikus 10-25 kilogrammi. Auhinnafond oli 500 000 dollarit.
Kosmoselifti ehitus
Lifti ehitus on sisuliselt lihtne. Tuleb vaid orbiidile saata piisavalt suur vastukaal, mille külge kinnitatakse tugev köis. Köie teine ots kinnitatakse Maal asuva tugijaama külge. Esialgsete plaanide kohaselt oli kavas vastukaaluks kasutada mingit "kinni püütud" asteroidi. Praeguseks hetkeks on niisugusest lahendusest loobutud selle saavutamatuse tõttu. Ilmselt on mõistlikum saata vastukaal üles traditsiooniliste kanderakettide abil jupphaaval ja see orbiidil kokku monteerida. Järgmised liftid saab juba ehitada eelmiste abil. Lift ise liigub mööda köit üles-alla. Erinevus tavalisest liftist seisneb selles, et lift peab ise ronima, mitte teda ei tõmmata trosside abil nagu harilikku lifti. Selles mõttes ei iseloomusta sõna kosmoselift seadme sisu kõige täpsemalt, tegemist on pigem robotiga.
Nagu aimata võib, on üheks oluliseks komponendiks köis, mis peab olema piisavalt tugev, samas ka elastne. Pikka aega polnud teada ühtegi materjali, mis oleks omadustelt selleks sobinud. Kuni aastal 1991 Sumo Iijima tegi oma teadusliku avastuse, mida me tunneme nime all süsinik-nanotorud. Tegemist on äärmiselt tugeva ning samas elastse materjaliga. Tõele au andes oli see materjal teada ka varem. Juba 1952. aastal kirjeldasid Vene teadlased Raduškevitš ja Lukanovitš seda mõnekümnenanomeetrise läbimõõduga süsiniktorudest ainet. Aastal 1976 kirjeldasid vaakumkasvatuse meetodil saadud süsiniktorusid Oberlin, Endo ja Koyama. Kuid need uuringud jäid oma liigse uudsuse ja isoleerituse tõttu tähelepanuta. Aastal 1991 maailm mõistis, milline unikaalne, terasest sada korda tugevam materjal oli leiutatud. Igal juhul sobib see materjal ennustuste kohaselt kosmoselifti köie jaoks.
Käesoleval ajal kujutatakse köit ette pigem lindina. Selle ülemisse otsa on kinnitatud vastukaal. Liftporti grupi välja pakutud lahenduse alusel peaks vastukaal asuma umbes 100 000 kilomeetri kõrgusel.
Vastukaal liftporti nägemuses
Mööda köit roniks üles seade või siis robot. Robot kinnitub köie või lindi külge ning ronib iseseisvalt mööda seda üles ja alla, soovitavalt kiirusega umbes 190-300 km/h. Geostatsionaarsele orbiidile jõudmiseks kuluks alla nädala. Lift ehk robot kaaluks umbes 20 tonni ning suudaks kanda 13 tonni ja 900 kuupmeetri suurust koormat. Robot saaks energiat päikesepatareidest, aga oluline osa ronimiseks vajalikust energiast saadetakse talle laserikiire abil maapinnal olevast tugijaamast. Liftporti grupi lahenduse alusel sobiksid selliseks ettevõtmiseks 2,4-megavatised GaAs laserid. Köie alumine ots oleks kinnitatud maapealse tugijaama külge, mis paikneks ekvaatoril, ilmselt Vaikses ookeanis. Visiooni baasjaamast võib vaadata LiftPorti grupi veebilehelt.
Tugijaam liftporti idee kohaselt
Ookeani paigutataks tugijaam seetõttu, et kogu süsteemi tööd ohustavad peale muude "tehniliste pisiasjade" kaks olulist tegurit. Esimene on kosmoseprügi ja meteoriidid ehk asjad, mis liiguvad suurel kiirusel ning võivad suurele süsteemile pihta saada ja selle ära lõhkuda. Arvutuste kohaselt on lindile ohtlikud juba sentimeetrise läbimõõduga objektid.
Hetkel registreerib näiteks organisatsioon North American Aerospace Defence Command kosmoseprügi mõõtmetega alates vähemalt kümnest sentimeetrist. Olemasolev tehnika võimaldab aga jälgida juba isegi kolmesentimeetrise läbimõõduga teri.
Kui köis katkeks, siis midagi katastroofilist ei juhtuks, vaid vastukaal ja kõik, mis selle külge jääb, lahkuks kosmosesse hulkuma. Maale pudenev osa ei tekitaks samuti olulist katastroofi. Kuna idee järgi peaks ehitatama umbes kümmekond kosmoselifti, siis pole ju uue vastukaalu ülessaatmine eriline probleem, ent ilmselt siiski väga kallis ettevõtmine. Seega tuleks säärast olukorda vältida. Selleks paigutataksegi baasjaamad vette, et ohu ilmnemisel oleks võimalik baasjaam ja vastukaal nihutada ohtliku lendava objekti trajektoorilt eemale.
Teine probleem - tugijaamu võivad himustada enda käsutusse kõikvõimalikud kurikaelad, eriti terroristid. Loodetakse, et keset ookeani paiknevat objekti on lihtsam kaitsta ja raskem rünnata.
Lootus sureb alati viimasena
Seda, mida odav ja kiire kosmosesse minek inimkonna arengule tähendab, on hetkel raske ennustada ja väga raske alahinnata. Kogu inimkonna ajaloo vältel leiutatud ja arendatud uued, paremad ja kiiremad transpordivõimalused on oluliselt muutnud ning kiirendanud ühiskonna arengut ja tehnilist progressi. Seda alates ratta leiutamisest, millele järgnesid aurumasina, rongi, auto, lennuki, raketi ja kosmoselaeva ehitamine. Niisiis jäägu ennustamistöö ulmekirjanikele.
Samas on selge, et kosmoselift võimaldaks kosmosesse sõitmise hinda alandada vähemalt paar suurusjärku, tõsta töökindlust ning muuta selline transpordiviis regulaarseks. Samuti muutuks oluliselt lihtsamaks kaugemale kosmosesse lendamine, kuna startimisel poleks vaja enam ületada Maa raskusvälja. Piisab, kui orbiidile viidud sõiduk stardib juba sealt. Ilmselt areneks ka kosmoseturism ja kes teab, mis veel. Samas jah, pidurdab selline süsteem ilmselt maakera pöörlemist, nagu ka tuulikud, mis elektrienergiat toodavad. Kui palju just, selle saavad välja rehkendada teadlased. Seniste transpordivahendite arendajatel ja keskkonnakaitsjatel tekib jälle uus probleem, mille vastu võidelda.
Mida öelda lõpetuseks? On väga kena, et maailmas leidub palju toredaid inimesi, kes oskavad pakkuda välja unistusi. Ja neid, kes mõistavad, et mõni unistus ei pruugi jääda unistuseks, neid, kes vaimustuvad mõnest niisugusest ideest ning pühendavad oma elu selle elluviimisele. Peale nende on inimesi, kes vaimustuvad niisugustest pühendunud inimestest ja nende ideedest ning aitavad ja toetavad nende tegemisi. Ja kui need inimesed üksteist üles leiavad ja üheskoos tegutsevad, siis on tehnilise progressi ülikiire ja progresseeruv areng kindlustatud sajanditeks. Jääb vaid loota, et näiteks aastal 2020 ei peaks kosmoseliftist kirjutaja peatuma sellel kui ainult ideel ja visioonil, vaid ta saaks tutvustada paari tehnilist pisiasja. Samas on juba hetkel tehtud mõnedki katsetused, ja seni on kõik veel lootusrikas.
PS! Eestlased on end alati pidanud teaduse ja tehnilise progressi eesrinnas olevaks rahvaks, ega siis ka selle idee puhul saa kõrvalseisjaks jääda. Novembris korraldatakse seitsmendat korda Eesti tudengite robotite võistlus Robotex. Tänavuse aasta teema on just robotite köit mööda ronimine. Eestlasele omase maameheliku tagasihoidlikkusega üritatakse oma robotiga jõuda esialgu kahe ja poole meetri kõrgusele. Jääb veel vaid 99999997,5 meetrit. Aga aastani 2031 on veel natuke aega ka.
LOE VEEL
Liftport The Space Elevator
Companies
Robotex - http://www.robotex.ee
Spaceward Foundation - http://www.spaceward.org
ALVO AABLOO (1965) on lõpetanud Tartu Ülikooli füüsikuna 1989. PhD 1994. 1995-1996 õppis Uppsala Ülikoolis järeldoktorantuuris. Alates aastast 2007 on ta Tartu Ülikkoli Tehnoloogiainstituudis polümeersete materjalide tehnoloogia professor.
