Кіріспе

Жердің айналасындағы тұжырымдамалық жасанды сақина – жасанды планетаны қамтитын нысан. Орбиталық сақина – дененің айналасына орналастырылған және ауырлық күшін тежеуге жеткілікті көрінетін центробегтік күш тудыратындай жылдамдықпен айналатын жасанды сақинаның тұжырымдамасы. Жер үшін қажетті жылдамдық шамамен 10 км/с, ал әдеттегі төменгі Жер орбитасының жылдамдығы – 8 км/с. Бұл құрылым ғарыш станциясы ретінде немесе өте жоғары жылдамдықты тасымалдау немесе ғарышқа ұшыруға арналған планеталық көлік ретінде қолданылуы мүмкін. Кабель орбиталық жылдамдықтан артық жылдамдықпен айналып тұрғандықтан, оған сыртқы күш әсер етеді, ал оны кабельдің ішкі кернеуі теңестіреді. Бұл оның иілуіне кедергі келтіріп, жүк көтеруге мүмкіндік береді. Көптеген тұжырымдамаларда кабельге моторизацияланған платформа орналастырылады, ол жердегі бақылаушыға тұрақты көрінетін жылдамдықпен кабельге қарама-қарсы бағытта қозғалады. Жердің экваторы үстінде 9,5 км/с жылдамдықпен кабельге қарама-қарсы бағытта қозғалатын платформа тұрақты болып көрінеді және кабельді төмен түсіріп, ғарыш лифтісін құруға мүмкіндік береді. Бұл лифт шамамен ұзын болуы мүмкін, оны қолда бар материалдармен жасауға болады. Жердің төменгі орбитасында планета көлеміндегі кабельді құрастыру және оны орбиталық жылдамдықтан артық жылдамдыққа дейін үдету – бұл айқын практикалық қиындық. Сондықтан, белсенді қолдауды әртүрлі тәсілдермен пайдаланатын және осы шектеулердің кейбірін айналып өте алатын басқа архитектуралар ұсынылды. Ұшыру тізбегі – шамамен 2000 км ұзындықтағы жартылай сақина, ол әлемді айналып өтудің орнына екі жер серігі станциясы арасында жүреді. Бөлшектік сақина – қатты сақинаға ұқсас жиынтық құру үшін жеке-жеке ұшырылатын жеке объектілердің тізбегін пайдаланады, содан кейін олар магниттік түрде басқарылады. Олардың ішкі кернеуі болмайды және көтеру күші бөлек алынады. Ғарыш суы – ғарыш лифтісін құрайтын бөлшектік сақина тұжырымдамасының тік нұсқасы. Байланысты сақина – планеталық дененің диаметрінен кіші диаметрлі кемінде бір толық және үздіксіз айналымдық сақинаны пайдаланатын динамикалық құрылым. Оны планета бетінде құрастырып, жұмыс жылдамдығына дейін үдетіп, көптеген тіректерін кернеу арқылы механикалық түрде өте биікке көтеруге болады.

Тұжырымдама

Орбиталық сақина «классикалық» ғарыш лифті тұжырымдамасына ұқсас. Дәстүрлі ғарыш лифтісінде үлкен станция геостационарлық орбитаға (ГЕО) орналастырылады, сондықтан ол Жер экваторының үстінде бір тұрақты жерде қалады. Содан кейін кабель орнатылып, Жерге қарай төмендетіледі, ал екінші кабель, қарсы салмақ қызметін атқаратын, станциядан жоғары қарай орнатылады және су тасқыны күштерінің әсерінен орнында тұрады. Құрылым аяқталған соң, лифт сияқты қондырғылар кабель арқылы ғарышқа көтеріледі. Басты мәселе – үлкен көлемде өндірілетін ешбір белгілі материалдың GEO-дан Жер бетіне созылуға қажетті кернеуге төзу қабілеті жоқ. Орбиталық сақиналар мүлдем басқа механизмді пайдаланады. Орбиталық сақина нұсқасында кинетикалық сақина әлемді айналма орбиталық жылдамдықтан жоғары жылдамдықпен қозғалады. Бұл тұрақты компоненттерге әсер ететін гравитация күшімен теңестірілетін сыртқы күшке әкеледі. Бұл кез келген биіктікте мүмкін, бірақ атмосфераның көп бөлігінен өту үшін жүйенің жоғарыда орналасуы практикалық талап болып табылады. Содан кейін кабель сақинадан жерге түсіріледі және дәстүрлі ғарыш лифтісі сияқты қолданылады, бірақ тік кабельдің ұзындығы онша үлкен емес. Бұл ұзындық бірнеше белгілі материалдардың мүмкіндіктеріне сәйкес келеді. Лифтті қолдау үшін сақина дөңгелек емес, сәл эллипстік болып келеді. Екі немесе одан көп станциялар жолдың ең жоғары нүктелерінде, бірақ орбитаның апогейі болатын нүктеден төмен орналастырылады. Станция кабельді төмен қарай иілтеді, осылайша станцияға жоғары бағытталған күш түседі. Екі стансалы жүйе үшін алынған орбита дөңгелек эллипске қарағанда американдық футболға көбірек ұқсайды. Кабельді иіп тұру арқылы туындайтын көтеру күшін арттыру арқылы орбиталық сақинадағы кернеуді қажетті деңгейге дейін азайтуға болады. Басты кемшілігі – лифт кабелі енді жерге жақын емес, жүйенің ең жоғары нүктесінен ілінген. Қозғалатын сақинаның қатты болуы және толығымен қатты қабықшамен жабылуы міндетті емес. Оның орнына, қажетті орбитаға көптеген жеке магниттік нысандарды орналастыруға болады, ал станциялар олардың жолын магниттерді пайдаланып түзетуге болады. Сақинаның бұл нұсқасының құрастыруы әлдеқайда оңай, өйткені сақинадағы әрбір элемент толығымен бөлек және жеке-жеке ұшырылуы мүмкін, ал ғарышқа кіргеннен кейін қосымша жұмыс істеуді қажет етпейді. Бұл толық сақина болуы міндетті емес; қажетті көтеру қуатына байланысты нысандардың жалпы массасы Жерді айналып өтетін ең жұқа кабельден де әлдеқайда кіші болуы мүмкін. Басты кемшілігі – импульс алмасу процесі олардың жылдамдығын кездейсоқ етуі, сондықтан нысандарды дұрыс орбитаға қайтару үшін басқа жүйе қажет.

Тарих

1982 жылы Пол Бирч бұл тұжырымдаманы егжей-тегжейлі сипаттап, талдады, онда Жерді төмен орбитада айналып тұратын, кабельдері Жер бетіне түсетін алып сақина ұсынылды. 1982 жылы советтік өнертапқыш Анатолий Юницкий де Жерді айналатын электромагниттік жолды ұсынды, ол оны "дөңгелекпен ғарышқа" (кейін "Стерлінгтік тасымалдау жүйесі") деп атады. Сызықтың жылдамдығы 10 км/с-тен асса, центробегтік күштер оны Жер бетінен бөліп, сақинаны ғарышқа көтереді. Эндрю Мюленберг және оның студенттері 2008 жылдан 2011 жылға дейін адамзаттың "ғарышқа қадамдары" ретінде Жердің төменгі орбиталық сақиналарының түрлері мен қолданылуына арналған бірнеше мақала ұсынды және жариялады. Орбиталық сақиналардың төрт қолданылуы аталады: оптикалық талшық сақинасы арқылы байланыс, "сақинадағы шамыршық" жүйесімен Жер бетінен орбитаға тасымалдау, ғарыштағы күн энергиясы және ғарыш күн қалқанымен климаттың өзгеруін жеңілдету. "Сақинадағы шамыршық" жүйесінде орбиталық сақинаға бекітілген, атмосфераға түсетін айналмалы шамыршықтар (қолсау көміртек түтіктерден жасалған) қолданылады. Шамыршықтың ұшы ең төменгі нүктесінде 13–15 км биіктікке жетеді, ал оның айналуы төмендегі Жер бетіне қатысты дерлік нөлдік тангенциалдық жылдамдыққа ие болады. Осының салдарынан, шамыршық сол биіктікте ұшып бара жатқан әдеттегі ұшақтан жүк алып, оны орбиталық сақинаға көтере алады.

Бірк моделі

Пол Бирч 1982 жылы Британдық планетааралық қоғамының журналында сақина жүйелерінің математикалық негізін қалаған үш мақаладан тұратын серия жариялады.

Басып шығару

Артур Кларктың "Жәннәт бұлақтары" (1979) романының соңында, алыс болашақта романның негізі болып табылатын ғарыш лифтісіне қосылған орбиталық сақина туралы мәлімдеме жасалады. Артур Кларктың "3001: Соңғы Одиссея" (1997) романында экваторда төрт алып, тұрғын мұнаралар (ғарыш лифтілерінің ізбасарлары деп есептеледі) арқасында биікте ұсталып тұрған орбиталық сақина бейнеленген. "Battle Angel Alita" (1990-1995) мангасында сәл тозығы жеткен орбиталық сақина маңызды орын алады. "Жұлдызды жол" романы "Аспан айналасындағы сақина" планетаның үстіндегі орбитадағы ескірген сақиналы әлемді көрсетеді, ол ғарыш лифттері арқылы планета бетімен байланысқан. Орбиталық сақиналар бірлесіп ойдан шығарылған әлем құруға арналған Orion's Arm веб-сайтында кеңінен қолданылады. Нейл Стивенсонның 2015 жылғы "Севеневтер" кітабының үшінші бөлімінде Айдан кем Жердің айналасында орбиталық сақина бар.