SEATTLE – Nastúpiť na Zemi, stlačiť tlačidlo a namiesto niekoľkých poschodí cestovať desaťtisíce kilometrov do vesmíru. Myšlienka vesmírneho výťahu znie ako čisté sci-fi, fyzikálne však nie je nemožná. Celé desaťročia jej v ceste stála najmä jedna zásadná prekážka – ľudstvo nepoznalo materiál, z ktorého by sa dalo vyrobiť dostatočne ľahké a zároveň extrémne pevné lano. Výskumníci teraz vkladajú veľké nádeje do grafénu.
Lano dlhé 100-tisíc kilometrov
Vesmírny výťah by sa od toho v paneláku líšil prakticky vo všetkom okrem základnej myšlienky.
Namiesto oceľových lán by zo Zeme smerovalo do vesmíru extrémne pevné a ľahké lano – takzvaný tether. Jeho spodný koniec by bol ukotvený v blízkosti rovníka.
Lano by pokračovalo cez geostacionárnu obežnú dráhu vo výške približne 35 786 kilometrov a ešte oveľa ďalej do vesmíru. Celková dĺžka navrhovaného systému by mohla dosahovať približne 100-tisíc kilometrov.
Na jeho vzdialenom konci by sa nachádzalo protizávažie. Rotácia Zeme a odstredivý účinok by pomáhali udržiavať celé lano napnuté.
Po ňom by sa pohybovali špeciálne robotické vozidlá označované ako climbers – lezce.
Namiesto toho, aby niekoľko minút spaľovali stovky ton raketového paliva, by sa pomaly šplhali nahor pomocou elektrickej energie.
Najväčším problémom je obyčajné lano
Znie to jednoducho. Práve lano však predstavuje jednu z najväčších materiálových výziev, aké si možno predstaviť.
Oceľ je nepoužiteľná. Lano dlhé desaťtisíce kilometrov by bolo také ťažké, že by nevydržalo ani vlastnú hmotnosť.
Materiál preto musí byť nielen mimoriadne pevný, ale zároveň neuveriteľne ľahký.
Jedným z najnádejnejších kandidátov je grafén – materiál tvorený atómami uhlíka usporiadanými do vrstvy hrubej jediný atóm.
Dokonalý monokryštalický grafén môže dosahovať pevnosť v ťahu okolo 130 gigapascalov. Jeden štvorcový meter jednej atomárnej vrstvy pritom váži iba približne 0,77 miligramu.
Práve kombinácia nízkej hmotnosti a extrémnej pevnosti z neho robí jedného z kandidátov na materiál budúceho vesmírneho výťahu.
Kórejci dokázali vyrobiť kilometrový pás
International Space Elevator Consortium (ISEC), nezisková organizácia združujúca odborníkov zaoberajúcich sa týmto konceptom, teraz upozorňuje na pokrok vo výrobe polykryštalického grafénu.
Podľa údajov, ktoré organizácia poskytla denníku New York Post, sa juhokórejským odborníkom podarilo vyrobiť grafénovú štruktúru s dĺžkou približne jeden kilometer a šírkou pol metra.
Materiál dokážu podľa ISEC vyrábať rýchlosťou približne dva metre za minútu.
Pre porovnanie – ešte stále by bolo potrebné dostať sa z kilometra na desaťtisíce kilometrov a zároveň zabezpečiť, aby výsledné lano malo požadovanú pevnosť v každom svojom bode.
Prezident ISEC Peter Swan napriek tomu označuje vývoj za významný.
„Vyzerá to, že sme našli materiál,“ povedal pre New York Post s tým, že výskum podľa neho za posledných šesť mesiacov výrazne pokročil.
Háčik je medzi jednotlivými vrstvami
Realita je však komplikovanejšia.
Samotný ISEC na svojej stránke venovanej materiálom upozorňuje na problém, ktorý bude ešte potrebné vyriešiť.
Jedna vrstva grafénu môže byť extrémne pevná. Vesmírny výťah však nemôže tvoriť jediná atomárna vrstva. Lano by muselo pozostávať z obrovského množstva vrstiev spojených dohromady.
A práve spojenie medzi nimi je oveľa slabšie.
Štúdia rozhrania medzi lanom a lezcom ukázala, že väzby medzi jednotlivými grafénovými vrstvami by boli približne 35-krát slabšie, aby bez vzájomného posúvania dokázali niesť navrhovaný 20-tonový lezec.
Vedci skúmajú možné riešenie pomocou silnejších väzieb medzi jednotlivými vrstvami. ISEC však otvorene priznáva, že priemyselná výroba dokonalého materiálu v potrebnom rozsahu zostáva nevyriešenou otázkou.
Vesmírny výťah preto zatiaľ nikto stavať nezačína.
Dva týždne nahor
Ak by sa materiálový problém podarilo vyriešiť, samotná cesta by bola úplne iná než let raketou.
ISEC počíta s približne 20-tonovými lezcami, ktoré by po lane stúpali pomocou elektrickej energie. Jeho najnovšia štúdia z roku 2026 skúma hneď niekoľko spôsobov ich napájania – laserový lúč, mikrovlny, solárnu energiu alebo prenos elektriny priamo prostredníctvom vodivého lana.
Ani tu zatiaľ neexistuje jednoznačný víťaz.
Laser vyžaduje veľkú pozemnú infraštruktúru, mikrovlnný systém naráža okrem iného na obmedzenia v ionosfére a solárny lezec by potreboval obrovskú plochu panelov.
Cesta smerom ku geostacionárnej obežnej dráhe by podľa predstáv ISEC trvala približne dva týždne.
Rýchlosť teda nie je hlavnou výhodou výťahu.
Tou by bola možnosť posielať veľké množstvo nákladu do vesmíru opakovane bez potreby zakaždým postaviť a odpáliť ďalšiu raketu.
Z konca lana rovno k Mesiacu
Najzaujímavejšia časť konceptu sa začína až nad geostacionárnou dráhou.
Čím ďalej by lezec pokračoval po lane smerom od Zeme, tým väčšiu obvodovú rýchlosť by vďaka rotácii celej sústavy získaval.
Náklad uvoľnený z vhodného miesta na vonkajšej časti výťahu by preto mohol byť doslova vymrštený na medziplanetárnu dráhu bez použitia veľkého raketového stupňa.
ISEC odhaduje, že materiál uvoľnený z konca systému by mohol opustiť výťah rýchlosťou približne 25 700 kilometrov za hodinu.
Podľa jeho výpočtov by náklad mohol následne doraziť k Mesiacu približne za 14 hodín. Bežná cesta kozmickej lode trvá približne tri dni.
Ešte zaujímavejšie by to bolo pri Marse.
Na Mars každý deň?
Lety k červenej planéte dnes výrazne obmedzuje vzájomná poloha Zeme a Marsu. Energeticky výhodné štartovacie okno prichádza približne raz za 26 mesiacov a cesta bežne trvá mnoho mesiacov.
Swan tvrdí, že vesmírny výťah by mohol náklad vysielať k Marsu oveľa častejšie.
Podľa výpočtov ISEC by cesta mohla v závislosti od aktuálnej polohy planét trvať približne 61 až 120 dní. „Mohli by ste mať štarty na Mars každý deň,“ tvrdí Swan.
Také čísla sú však zatiaľ výsledkom teoretických modelov, nie prakticky overenej dopravnej technológie.
Ročne 30-tisíc ton do vesmíru
Ak by systém fungoval podľa predstáv jeho zástancov, jeho kapacita by bola obrovská. ISEC odhaduje, že jediný vesmírny výťah by mohol dopraviť do vesmíru približne 30-tisíc ton nákladu ročne.
Prvé roky by podľa Swana slúžil výhradne robotickej nákladnej doprave.
Až po približne 15 až 20 rokoch prevádzky by sa podľa jeho predstáv mohlo začať uvažovať o preprave ľudí.
Organizácia odhaduje cenu prvého plne robotického systému približne na 15 miliárd dolárov. Aj tento údaj však treba brať ako koncepčný odhad, pretože projekt takejto veľkosti ešte nikdy nikto nerealizoval.
A čo keď do lana narazí kus satelitu?
Obrovskou otázkou zostáva bezpečnosť.
Lano by prechádzalo oblasťami, v ktorých okolo Zeme obiehajú satelity aj množstvo kozmického odpadu. Aj malý predmet sa tam pohybuje rýchlosťou niekoľkých kilometrov za sekundu a náraz by mohol tether vážne poškodiť.
ISEC preto uvažuje o systéme pozostávajúcom približne z piatich samostatných lán, ktoré by poskytovali zálohu pri poškodení jedného z nich. V okolí výťahu by zároveň musel vzniknúť koridor, ktorému by sa satelity vyhýbali.
A to je iba jeden z problémov.
Konštrukcia by musela zvládnuť vietor v atmosfére, oscilácie obrovského lana, extrémne zmeny teplôt, elektrické výboje, žiarenie aj neustále mechanické namáhanie.
Sen starší ako rakety
Myšlienka pritom vznikla dávno pred prvým letom človeka do vesmíru.
Už v roku 1895 uvažoval ruský priekopník kozmonautiky Konstantin Ciolkovskij o obrovskej konštrukcii siahajúcej zo Zeme až do vesmíru.
Modernému publiku koncept neskôr výrazne priblížil britský spisovateľ Arthur C. Clarke v románe The Fountains of Paradise z roku 1979.
Clarke o realizácii vesmírneho výťahu kedysi žartoval, že vznikne približne 50 rokov po tom, ako sa mu ľudia prestanú smiať.
Smiech postupne ustupuje serióznemu výskumu. K stavbe však zostáva veľmi ďaleko.
Zatiaľ sa doň nenastúpime
Aj odborníci, ktorí sa na projekte priamo nepodieľajú, upozorňujú na obrovskú priepasť medzi fyzikálne možným konceptom a funkčnou stavbou.
Profesor vesmírnej ekonomiky Armen Papazian z American University in Dubai pre New York Post odhadol, že aj keby sa s projektom začalo okamžite a podarilo sa zabezpečiť financovanie, jeho realizácia by mohla trvať jedno až dve desaťročia – za predpokladu, že by všetko išlo podľa plánu.
V skutočnosti však ešte nie sme ani v tomto bode.
Stále treba dokázať, že grafénové lano požadovaných vlastností možno spoľahlivo vyrobiť v obrovskom priemyselnom meradle. Treba vyriešiť jeho vrstvenie, napájanie lezcov, kozmický odpad aj spôsob výstavby celej konštrukcie.
Vesmírny výťah teda zatiaľ zostáva jedným z najodvážnejších technických snov ľudstva.
Rozdiel oproti minulosti je v tom, že vedci už nemusia diskutovať iba o tom, či by fyzikálne mohol fungovať.
Čoraz viac sa zaoberajú otázkou, z čoho a ako by ho raz bolo možné postaviť.
