ภาพลิฟต์วงโคจรจาก Gundam 00 จาก Gundam Fandom
แนวคิดเรื่องลิฟต์วงโคจร space elevator หรือ orbital elevator ไม่ใช่เรื่องใหม่ เป็นเรื่องที่พูดกันมานานแล้วในวงการวิทยาศาสตร์ (ครั้งแรกคือ 1895)
นิยายวิทยาศาสตร์หลายเรื่อง จินตนาการว่าถ้าเรามีลิฟต์วงโคจรแล้วจะเกิดอะไรขึ้น ที่เด่นๆ คงหนีไม่พ้นเรื่อง The Fountains of Paradise ของ Arthur C. Clarke แต่ถ้าเป็นยุคใหม่หน่อย เราก็เห็นตัวอย่างในมังงะ Gunnm, อนิเมะ Gundam 00 หรือซีรีส์ Foundation
ลิฟต์วงโคจรในซีรีส์ Foundation มีประเด็นที่น่าสนใจคือ ลิฟต์โดนผู้ก่อการร้ายวางระเบิดแล้วถล่มลงมา สายเคเบิลที่ยึดโยงกับลิฟต์นั้นลงมา “ฟาด” พื้นผิวของดาวเคราะห์ Trantor จนเป็นรอยแผลขนาดใหญ่
วันนี้เจอบทความใน Ars Technica / Wired พูดถึงฟิสิกส์ของลิฟต์วงโคจรได้น่าสนใจดี และมีคำอธิบายว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากลิฟต์ระเบิดแบบใน Foundation
Ars Technica สรุปประเด็นที่น่าสนใจจากในบทความ
- ทุกวันนี้เรามีวิธีขนของขึ้นชั้นบรรยากาศอยู่วิธีเดียว คือ เผาเชื้อเพลิงเพื่อดันมันขึ้นไป (ชื่ออย่างเป็นทางการคือ “จรวด”) วิธีนี้มีข้อเสียที่แพงและไม่มีประสิทธิภาพ
- การขนของขึ้นชั้นบรรยากาศ มีเรื่องความสูง (พลังงานศักย์ potential energy) และความเร็ว (พลังงานจลน์ kinetic energy) สัดส่วนพลังงานจากเชื้อเพลิง 11% ใช้เพื่อเอาชนะพลังงานศักย์จากแรงโน้มถ่วง ส่วนที่เหลือคือใช้กับพลังงานจลน์
- การขนวัตถุ 1 กิโลกรัมขึ้นวงโคจร ต้องใช้พลังงานถึง 33 ล้านจูล นี่ยังไม่รวมการขนน้ำหนักของเชื้อเพลิงที่จะเผาขึ้นไปกับจรวดด้วย (น้ำหนักเชื้อเพลิงคิดเป็น 85% ของน้ำหนักจรวดทั้งลำ)
- การสร้างลิฟต์วงโคจรอาจเป็นวิธีที่ดีกว่าในการขนของ แต่จริงๆ ก็ไม่ง่ายเท่าไร เพราะมีเรื่องน้ำหนักของโครงสร้างลิฟต์ที่กดทับลงมา (เราจึงต้องมีวัสดุที่แข็งแรงมากๆ และเบามากไปพร้อมกัน ปัจจุบันยังไม่มี)
- นอกจากน้ำหนักกดทับ (compression) ลงมาแล้ว ยังมีเรื่องความเร็วการหมุน (angular velocity) ยิ่งอยู่ไกลจากโลกมาก ยิ่งหมุนเร็ว
- เรามีระดับวงโคจรที่เรียกว่า Geosynchronous orbit เป็นจุดที่ตำแหน่งของวัตถุบนวงโคจร จะอยู่ตรงกับวัตถุที่ผิวโลก ความสูงคือ 35,786 km จึงเป็นจุดที่เหมาะสำหรับสุดปลายของลิฟต์อวกาศ
- ปัญหาคือระยะทาง 35,786 กิโลเมตรนี่ล่ะ ปัจจุบันตึกที่สูงที่สุดในโลกคือ Burj Khalifa สูงประมาณ 830 เมตรเท่านั้นเอง เราจะมีสายเคเบิลที่ยาวขนาดนั้น และยังคงความแข็งแรงมากพอในน้ำหนักขนาดนั้นได้อย่างไร
- ถ้าเป็นดาวที่แรงโน้มถ่วงน้อย เช่น ดวงจันทร์หรือดาวอังคาร เราสามารถใช้วัสดุเป็น Kevlar ได้สบายๆ แต่พอเป็นโลกที่แรงโน้มถ่วงเยอะกว่า เรายังไม่มีวัสดุที่มีคุณสมบัติแบบนั้น
- หากเกิดเหตุการณ์แบบในเรื่อง Foundation คือสายเคเบิลขาด เคเบิลส่วนล่างที่ลงมาฟาดพื้นโลกตามการหมุนของโลก ส่วนเคเบิลส่วนบนจะลอยออกไปในอวกาศ (มีคลิปในบทความต้นฉบับ)