| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2001 m. Nr. 3 turinys

· Storage area network
· Europos technologinei pramonei reikia daugiau vadovų
· Rambus "užsirovė" ne ant to žmogaus
· Inovacijos – raktas į klestėjimą
· Bluetooth – nuo idėjos iki užbaigto gaminio
· ISDN nurašyti dar per anksti

Internetas
· Airija randa savo vietą tinklo žemėlapyje
· Žinutės

Elektronika
· Kaip pagaminti hiperkompiuterį
· Oscilografas tampa informacijos centru
· Joks akumuliatorius neprilygs mūsų kuro elementams, tvirtina naujai įsikūrusi Izraelio firma
· Žinutės
· Karo padangė
· Feroelektrinės atmintinės

DAN Communications
· Fiksuotoji bevielė kreiptis
· Ceragon Networks plačiajuostės bevielio ryšio įrangos šeima FibeAir

Istorija
· Maiklas Faradėjus ir švyturiai
· Pasirašyta, užantspauduota ir išsiųsta

Mobilusis ryšys
· Žinutės
· Bevieliai duomenų tinklai 5 GHz dažnių juostoje
· Pigiau, paprasčiau ir patogiau
· Kaip pakilti aukštyn
· WLAN technologijų ypatumai
· Naujosios antenos padarys 3G tinklą ekonomiškesnį. Ateityje jis galės pakeisti stacionariuosius tinklus

Optinis ryšys
· Spartūs fotodetektoriai
· Žinutės
· Rašalinių spausdintuvų technologijos taikymas mikrooptikos prietaisų gamyboje
· Skylėtosios skaidulos

Kaip pakilti aukštyn

   Raketos, kosminiai laivai - visa tai tėra atgyvenęs metalo laužas. Norint pakilti į orbitą, geriausia pasinaudoti kosminiu liftu, sako žurnale "New Scientist" skelbiamame straipsnyje Karlas Ziemelis.

   Sako, kad patys maloniausi yra pirmieji 100 km. Akimirkos, kai užsiveria durys, įsijungia pagreitis ir jūs švelniai, bet užtikrintai esate prispaudžiamas prie krėslo. Žemė po truputį tolsta, o jūs vidiniu balsu aikčiojate iš pasitenkinimo. Bazės bokštas, slenkantis pro šalį lango, atrodo tęsiasi iki begalybės. Po to atsiduriate dangaus žydrynėje, pradžioje ji labai šviesi, bet vėliau palaipsniui tamsėja, kol visoje savo grožybėje neišryškėja Paukščių takas. O greta to, apačioje, raibuliuoja žydras baseinas, vadinamas Žeme, ir matote reginį, kuris dar visai neseniai buvo skirtas vos keletui privilegijuotųjų.

   Rodos, tai tęsiasi be galo ilgai, o iš tiesų - tik kiek daugiau nei 10 minučių, bet po to greitėjimas išnyksta. Dabar jūs pradedate jaustis savo krėsle truputį nepatogiai skriedami 2000 km/h greičiu 150 km aukštyje ir vis dar kildami. Bandydami išlikti ramūs, jūs vengiate mąstyti apie tai, kad per kitas 18 val. vienintelis dalykas, saugantis jus nuo dribimo atgal į Žemę, yra nelabai įspūdingas lyno gabalas. Kabelis, kuris yra apie 47 000 km ilgio, bet vos kelių centimetrų storio, nusidriekęs nuo Žemės paviršiaus iki kosminės orbitos. Jūs keliaujate kosminiu liftu, būkite pasiruošęs įsimintiniausiai viso jūsų gyvenimo kelionei.

   Galbūt į dangų pakeliančio lifto idėja skamba absurdiškai, lyg savotiškas šiuolaikinio Babelio bokšto variantas. Bet tai yra gana rimtas pasiūlymas. Dvi nepriklausomai dirbusios NASA grupės neseniai perkratė visus panašiam projektui keliamus reikalavimus ir nustatė, kad idėja yra įgyvendinama. Labai sudėtinga, tačiau įgyvendinama. "Visa tai būtų galima realizuoti apie šio šimtmečio pabaigą", - sako Davidas Smithermanas iš NASA Marshalo kosminių skrydžių centro (Huntsvilis, Alabamos valstija), vadovavęs vienai šių grupių. Kosminio lifto idėja, kuri ilgai buvo laikoma tinkančia tik šiukšlių dėžei, dabar laikoma realia galimybe.

   Kam iš viso reikia sukti galvą apie tokio lifto sukūrimą? Kai toks daiktas atsiras, jis užtikrins pigias ir malonias keliones į kosmosą. Keleiviai ir kroviniai keliaus kabeliu aukštyn žemyn - panašiai kaip ir tradiciniuose liftuose, arba, tiksliau kalbant, lyginant su kosminiais greičiais, kabeliniuose keltuvuose judėdami nedideliu greičiu. Dėl to naudojant raketas krovinių pakėlimo į orbitą kaina nuo 22 tūkst. dolerių už kilogramą sumažėtų vos iki 1,48 dolerio už kilogramą. Ir keliauti galėtų ne vien ypatingą paruošimo kursą praėję astronautai, bet ir vidutines pajamas turintys gyventojai.

   Pirmą kartą kosminio lifto idėją 1960 m. pasiūlė rusų inžinierius Jurijus Arcutanovas, vėlesniais metais ją dar keletą kartų pakartojo. Bet iki 1979 m., kol Arthuras C. Clarke nepagrindė jos savo romanu "Rojaus fontanai", idėjos beveik niekas nepastebėjo.

   Kas tai per idėja? Bus lengviausia ją perprasti pasinaudojus tradiciniu fizikų įrankiu - mintiniu eksperimentu. Pradžioje įsivaizduokime dirbtinį Žemės palydovą. Laikas, per kurį jis apskrieja Žemę, priklauso nuo gravitacijos jėgos dydžio, kintančio priklausomai nuo atstumo: žemos orbitos palydovai sukasi greitai, labiau nutolę - kur kas lėčiau. Tam tikroje vietoje yra ypatingas atstumas - 36 786 km; ten esantis palydovas apskrieja Žemę lygiai per vieną parą. Jeigu jo orbita sutampa su pusiaujo plokštuma, tokiame nuotolyje skriejantis palydovas "kabės" virš to paties Žemės paviršiaus taško ir abu objektai tartum sudarys savotišką kosminį tandemą. Tokie palydovai vadinami "geostacionariais".

   Tęsiant mūsų mintinį eksperimentą, įsivaizduokime palydovą, kuris būtų pratęstas ir į vidų, Žemės kryptimi, ir į išorę - link kosmoso, bet taip, kad jo masės centras liktų geostacionarioje orbitoje. Artimesnės Žemei palydovo dalys judės lėčiau nei išsilaikant stabilioje orbitoje, todėl juos pradės veikti gravitacinė traukos jėga. Kita vertus, labiau nutolusios dalys judės per daug greitai savo orbitos atžvilgiu, todėl lyg akmuo iš svaidyklės stengsis ištrūkti ir nulėkti tolyn. Viso to rezultatas yra tas, kad atsiras įtempimas ir palydovas orbitoje atrodys kaip kybantis įtemptas kabelis.

Galios bokštas

   Nesunku pratęsti mintinį eksperimentą iki jo loginės pabaigos, kol vidinis palydovo taškas palies nulinį lygmenį arba, labiau tikėtina, bus prikabintas prie aukšto bokšto. Galų gale gausime netrūkų darinį, kuris nusidrieks nuo pusiaujo į kosmosą. Žemės pusėje bus bazės stotis, masyvus kompleksas su visais tarptautinio oro uosto atributais: viešbučiais, restoranais, nemuitinėmis parduotuvėmis ir panašiai. Virš šio komplekso dunksos paleidimo įrenginys, kažkas tokio, primenančio Eifelio bokštą, tik dešimčių kilometrų aukščio. Po to dar bus kabelis - 47 000 km ilgio, niekur nenutrūkstantis, išskyrus geostacionariame taške įsikūrusią kosminę stotį. Ji tarnaus viso darinio masės centru, joje taip pat įsikurs laboratorijos, verslo centras ir besvorės būsenos kurortas. Kitoje stoties pusėje bus atsvaras - tikriausiai tai bus prikabintas prie kabelio galo nedidelis asteroidas.

   Čia ir būtų galima užbaigti mūsų mintinį eksperimentą. Ar mes sugebėtume sukurti tokį dalyką? Anot NASA, būtų atsargus atsakymas "taip", - jeigu pavyktų išspręsti kai kurias technologines problemas.

   Pati didžiausia problema yra pats kabelis. Vien jau nutįsusio nuo geostacionarios orbitos milžiniškas kabelio svoris kelia nepaprastus reikalavimus medžiagoms, iš kurių jis būtų gaminamas. Kas galėtų turėti tokį atsparumą tempimui, išlaikysiantį tokio ilgio kabelio svorį? Kaip bebūtų keista, čia tiktų beveik bet kuri medžiaga, išskyrus vieną sąlygą, kad kabelis turės atitinkamai besikeičiantį storį: didžiausią geostacionarioje orbitoje, kur įtampos bus didžiausios, ir mažiausią kraštuose.

   Bet žodis "įmanoma" dar nereiškia, kad tai yra praktiška. Plieno kabelis, kurio skersmuo prie Žemės paviršiaus bus 1 mm, geostacionarioje orbitoje turės būti 40 mlrd. kilometrų storio - tai būtų tas pat, kas stengtis pastatyti apverstą aukštyn už Saulės sistemą didesnį kalną. Netgi kevlarą, kuris yra lengvesnis ir tvirtesnis už plieną, tektų praplatinti iki 16 m, o tam reikėtų net 2 šio lydinio gigatonų. Negana to, mažiausias kabelio skersmuo turi būti ne 1 mm, o maždaug 10 cm.

   Praktiškų matmenų kabeliui reikalingos labai didelio atsparumo medžiagos tempimui. NASA vertinimu, jo atsparumas turės būti lygus magiškam skaičiui - 62,5 megapaskalio, kas rodo, kad yra 30 kartų stipresnis nei plienas ir 17 kartų stipresnis nei kevlaras. Iki pastarojo meto, kada tokios medžiagos nebuvo, kosminis liftas buvo vien tuščia idėja. Idėjos entuziastai buvo priversti fantazuoti, siūlydami pačius egzotiškiausius variantus: skaidulas iš kristalinio vandenilio ar netgi antimedžiagą. Bet dabar pasirodė, kad toks žemiškas elementas kaip anglis gali tapti raktu į dangų.

   Išties, nereikia per daug stebėtis, kad būtent anglis pasirodė besanti pati tinkamiausia medžiaga. Deimanto modifikacijoje jos mechaninės savybės jau seniai sumušė visus rekordus. Deimanto negalima suverpti į skaidulas, tačiau egzistuoja dar viena anglies modifikacija, kurioje tvirtumas ir ilgis eina greta: tai anglies nanovamzdeliai. Šie mažyčiai tuščiaviduriai cilindrai, sudaryti iš lakštų, kuriuose anglies atomų jungtys turi heksagoninę simetriją, pasižymi atsparumu tempimui, mažiausiai 100 kartų viršijančiam plieno atsparumą. Netgi ir labai atsargiais vertinimais jų stipris ne mažesnis kaip 130 gigapaskalių, o tai gerokai daugiau už magiškąją ribą.

   Taigi, kas per reikalas? Kodėl niekas nepuola gaminti kosminio lifto lynų? Pirma, nanovamzdeliai kol kas yra labai brangūs - apie 500 dolerių už gramą. Be to, jie kažkiek ir per trumpi: net pačiais tobuliausiais technologiniais metodais neįmanoma pagaminti ilgesnių nei kelių mikrometrų nanovamzdelių. Kitai iš Los Alamos nacionalinės laboratorijos NASA grupei (Niūmeksiko valstija) vadovavęs Bradley Edwards primetė, kad kosminiam liftui tinkamas kompozicines medžiagas iš anglies nanovamzdelių bus galima pradėti gaminti tuomet, kai jų ilgis pasieks 4 mm.

   Bet tokia viltis yra. Anot Dano Colberto iš firmos Carbon Nanotechnologies, atskilusios nuo Teksaso valstijos Rice universiteto, nanovamzdelių gamybos kaina turėtų sparčiai kristi. Šiuo metu šioje firmoje gaminami nanovamzdeliai lazerinio grafito garinimo būdu, kurio metu išgaunami tik nedideli švarios medžiagos kiekiai laboratorijos sąlygomis, bet per brangūs statybos pramonei, jau nekalbant apie kosminį liftą. Tačiau Carbon Nanotechnologies sukūrė naują procesą, vadinamą aukšto slėgio anglies viendeginio nusodinimu (HiPCO - High Pressure Carbon Oxide Deposition), kuris perspektyvoje bus visiškai panaudojamas masiškoje gamyboje - o masiškas reiškia pigus. Colbertas neatskleidžia HiPCO esmės, tačiau mano, kad per septynerius metus anglies nanovamzdelių kaina nukris iki keleto centų už gramą.

   O kaip bus su vamzdelių ilgiu? Reikalai ir čia ne tokie prasti, kaip tai gali atrodyti. Nanovamzdeliai yra linkę vytis vienas su kitu, jie sulimpa savo šonais ir jų sukibimo jėgos yra labai didelės. Tai gera naujiena. Bet kita jos pusė yra ta, kad suvytieji vamzdeliai dėl iki galo dar nesuprantamų priežasčių yra linkę slinkti ir slysti vienas kitu. Niekas dar nebuvo išmatavęs iš nanovamzdelių suvyto lyno tvirtumo, tačiau pirmieji duomenys liudija, jog jo atsparumas tempimui sumažės bent tris kartus, taigi, šis parametras bus maždaug lygus ribiniam, reikalingam kosminiams liftams. Kai reikalas liečia daugelio milijardų vertės projektą, vargu ar koks nors inžinierius pasikliaus tokia parametro verte.

   Matyt, pats paprasčiausias sprendimas būtų sugalvoti, kaip nanovamzdelius įterpti į kokią nors kompozicinę medžiagą, panašią į fiberglasą. Bet tokios koncepcijos trūkumas yra tas, jog, nesvarbu, kokią pasirinktume nanovamzdelius jungiančią medžiagą, bendras darinio tvirtumas visuomet sumažės. Nuostabiausia būtų, jeigu pavyktų pagaminti nusidriekiančius per visą kabelio ilgį nanovamzdelius. Nėra jokios abejonės, kad tokios medžiagos tvirtumo visiškai pakaktų, tik neaišku, ar tai yra realu. Šiuo metu niekas dar nežino, kaip reikia sujungti į vieną ilgą molekulę kelis nanovamzdelius. Bet mokslininkai darbuojasi spręsdami šį uždavinį, ir Colbertas mano, kad jie turi neblogų šansų pasiekti teigiamą rezultatą.

Kaip prisirišti?

   Taigi mes jau turime iš tolimo taško kosmose mataruojantį kabelį, dabar mums reikia jį prie ko nors prikabinti. Žinoma, galėtume nutempti jį iki pat jūros lygio ir pririšti. Bet prisiminkime kabelio storio kitimo problemą: kad kabelis išlaikytų savo svorį, jis turi storėti kylant aukštyn. Ploniausioje vietoje jo storis negali būti mažesnis negu tam tikra minimali vertė, o tai savo ruožtu apsprendžia kabelio apimtį geostacionarioje orbitoje, tuo pačiu - ir visą struktūros masę ir kainą. Pakėlus kabelį aukštyn galima sutaupyti gausybę kosmosan pakeltos medžiagos. Idealiausias atvejis yra tada, kai kabelis pririšamas prie kokio nors labai aukšto daikto.

   Pradžioje būtų gerai pasinaudoti kokiu nors netoli pusiaujo esančiu aukštu kalnu, tačiau čia iškyla saugumo problema. Jeigu netyčia kabelis nutrūktų, žemyn nukristų daugybė jo nuolaužų. Nieko stebėtino, todėl svarstoma realiausia milžiniško bokšto ant vandenyne stovinčios platformos statybos galimybė.

   Bokšto aukštis turi būti kelios dešimtys kilometrų, tačiau, lyginant su iš orbitos kybančiu kabeliu, jo statyba būtų vien vaikų žaidimai. Pats aukščiausias statinys šiandien - tai Toronte stovintis CN bokštas. Jį statant nebuvo pasiekta nė viena teorinė riba. Dabartinės statybos technologijos leidžia pastatyti 20 km aukščio bokštą, ir to visiškai pakanka bazinei stočiai.

   Kai kabelis ir bokštas jau bus savo vietose, turėsime kosminio lifto konstrukciją. Reikia tik sugalvoti būdą kaip juo ropštis. Tradiciniai metodai - kabeliai, ratai ir skriemuliai - netinka. Turint galvoje beprotiškus nuotolius, pageidaujama transportavimo sistema privalo atitikti du reikalavimus: minimalią priežiūrą ir labai didelius greičius. Abi sąlygas gali tenkinti magnetinė levitacija.

   Pasitelkus atstumiančiąsias magnetines jėgas, neleidžiančias kabinai betarpiškai liestis su kabeliu, magnetinė levitacija eliminuoja trintį ir susidėvėjimą - didžiausias beveik visų transporto sistemų trūkumus. Nelikus trinties, kabina gali greitai įgreitėti iki kelių tūkstančių kilometrų per valandą. Dar vienas šios sistemos pranašumas yra tas, kad stabdymo ir leidimosi žemyn fazes galima panaudoti elektros generavimui. Dėl šių privalumų liftas bus labai ekonomiškas.

   Ar jau apie viską pagalvojome? Ne visai: kosmosas yra pavojinga vieta. Erdvėje netoli Žemės knibždėte knibžda didelės energijos dalelių, tik ir laukiančių, kaip sugraužti ar kitaip apgadinti bet kokią sutiktą medžiagą. Dar vienas tykantis pavojus yra tai, kad kabelį gali nukirsti koks meteoritas ar kosminės šiukšlės. Bet šios kliūtys yra įveikiamos. Galiausiai, keliaujant į Mėnulį, siunčiant tarpplanetinius kosminius zondus ar, paskutiniu atveju, paleidžiant Tarptautinę kosminę stotį buvo susiduriama su panašiomis problemomis.

   Dar reikia išspręsti nedidelį ekonominį klausimą. Nėra abejonių, kosminis liftas numuš kelionių į kosmosą kainą, bet ar vien tuo galima pateisinti fantastiško dydžio pradines investicijas? Šiuo klausimu Smithermanas yra optimistas. Jis sako, kad svarbiausia yra kuo anksčiau pradėti gauti pelną, galbūt panaudojant iš nanovamzdelių pagamintas gijas saulės energijos perdavimui į Žemę. Po to projekto finansavimas prilygtų geležinkelių ar kelių tinklo statybai.

   Praėjus keturiems dešimtmečiams nuo to laiko, kai pirmąkart buvo pradėta svajoti apie kosminį liftą, dar lieka nemažai priežasčių skepticizmui, nors per šį laiką ir pasiekta žymi technologinė pažanga. Kas, jei nanovamzdeliai pasirodys esą per silpni arba jų nepavyks pagaminti pakankamai ilgų? Kas bus, jei artimasis kosmosas pasirodys esąs per daug pavojinga vieta tokiems dariniams? O gal visas projektas bus per brangus?

   Taigi, jei viskas eisis gerai, kada galime tikėtis tokios struktūros statybos pabaigos? Kadaise, kai Arthurui C. Clarke uždavė šį klausimą, jis atsakė: "Kosminis liftas bus pastatytas praėjus maždaug 50 metų po to, kai visi nustos iš jo juoktis." Juoktis jie ką tik baigė.


El. p.: info@elektronika.lt