ננו-טכנולוגיה תאפשר לפתח תחבורה בין כדור הארץ לחלל

מאת דבי קאופמן

ביוני 92' הוזמן ד"ר אריק דרקסלר ממשרדו שבסן פרנסיסקו לגבעת הקפיטול בוואשינגטון, כדי להעיד בפני תת-ועדה של הסנאט האמריקאי לענייני מדע, טכנולוגיה וחלל. דרקסלר הציג בדיון את תחום הננו-טכנולוגיה המולקולרית, וציין כי תחום זה עתיד להיות אחד המכשירים העיקריים לצמיחה מדעית וכלכלית בשנים הקרובות.

זו היתה הפעם הראשונה שהממשל האמריקאי נחשף ליכולות שמסתתרות מאחורי הננו-טכנולוגיה (ננו - אחד חלקי מיליארד המטר), העוסקת במולקולות ובאטומים. הממשל לא השתכנע להשקיע בתחום החדש באותו דיון.

ואולם, כבר אז הופיעו ניצנים של היכולת ליצור חומרים בסדרי גודל ננו-מטריים. כיום ידוע כי אכן ניתן לייצר חומרים, רכיבים ותרופות בגדלים ננו-מטריים. גם הממשל האמריקאי כבר השתכנע, וב-2002 קיבל תחום הננו-טכנולוגיה מעמד של פרויקט לאומי עם תקציב של 519 מיליון דולר.

אחת הסיבות העיקריות לכך שהתחום קיבל תאוצה היא כלכלית. כבר כשנפגש דרקסלר עם ראשי הממשל ב-92', הוא העריך כי הננו-טכנולוגיה יכולה להוזיל בכ-%50 בניית בתים, סירות מפרש, חלליות וכלי נשק; זאת, מכיוון שהחומרים הננו-מטריים יורכבו על ידי בני אדם, שיוכלו לעשות מניפולציות על כל חומר קיים.

אפשרות זו עשויה לפתור בעיות של חוסר במשאבים ובאוצרות טבע ולחסוך בעלויות ייצור. מדענים צופים כי מדובר בקפיצת הדרך הטכנולוגית הגדולה ביותר בתולדות המין האנושי. דרקסלר הצהיר בפגישה כי "קשה מאוד לתאר תרחיש עתידי שבו אין בידינו הטכנולוגיות האלה (הננו-טכנולוגיות - ד"ק)". ואכן נדמה כי ארה"ב עושה מאמצים ניכרים כדי להשקיע בתחום, ושמחקרים ננו-טכנולוגיים מתקדמים במהירות רבה יחסית.

"כבר לא מדובר במדע בדיוני"

ואולם לאור ההבטחה הגלומה בננו-טכנולוגיה, מתעוררת השאלה מה יהיו השימושים בה; כלומר, אם וכיצד תשכיל האנושות להשתמש בטכנולוגיה החדשה. אחת הדוגמאות לכך היא מעלית החלל שמפותחת בימים אלה בסוכנות החלל האמריקאית נאס"א.

הפרויקט החל לקבל תאוצה בשנתיים האחרונות, בשל מחקרים שהראו כי ניתן לייצר רצועה אלקטרומגנטית עשויה מולקולות ננו-פחמניות, הדרושה ליצירת המעלית.

ב-99' פירסם בכיר בנאס"א, דיוויד סמיתרמן, מאמר בשם "מעלית חלל: תשתיות חלל מתקדמות למילניום החדש", ובו ציין כי "כבר לא מדובר במדע בדיוני", וכי לסוכנות יש "תוצאות המראות כי הדבר אפשרי". לדבריו, מדענים, מהנדסים ואנשי ממשל כבר החלו לעבוד על תשתיות מתאימות למעלית, שאמורה להיות זמינה בתוך פחות מ-50 שנה.

הרעיון, בסופו של דבר, הוא לפתח תחבורה בין כדור הארץ לחלל, שתאפשר לקיים מסחר, שירותים ולמעשה חיים שלמים בכוכבים אחרים; שכן רק אם יתפתחו חיים כאלה, יהיה צידוק להשקעות הכרוכות בבניית מעלית לחלל.

המעלית היא למעשה כבל ארוך המשתרך מכדור הארץ לגובה של 35,786 ק"מ. מכונות או רובוטים אלקטרומגנטיים, שישוטטו סביב הכבל, יוכלו להניע אנשים, מכונות וטילים מכדור הארץ לחלל, ולהיפך. הבעיה העיקרית שממנה סובלת התוכנית היא שאלת הצדקת ההשקעה. מדובר בהשקעה אדירה של מיליארדי דולרים, טוענים בנאס"א, ולכן מנסים לקדם את הפרויקט בזהירות.

ההוצאות הגדולות כוללות תחנת שיגור למעלית, שצריכה להתנשא לגובה של 50 ק"מ לפחות. מגדל זה חייב להיות עשוי חומרים מיוחדים, קלים במיוחד, שיוכלו לעמוד בכוח הכבידה. מקצה המגדל ייצא הכבל המיוחד, שיוביל את המעלית לחלל. לדברי סמיתרמן, הפרויקט אינו אפשרי כיום, ואולם בעוד 50 שנה ניתן יהיה ליישמו.

רעיון בן 106 שנה

במאמר שפירסם סמיתרמן מזכיר המדען את הסופר ארתור סי קלארק, שכלל ברומן "Fountains of Paradise" שפירסם ב-78' סיפור על מהנדסים שפיתחו מעליות חלל באזורים אגדיים. בספרו מתאר קלארק חומרים חדשים, הבנויים סיבי פחמן, שאיפשרו את בניית מעליות החלל. סמיתרמן מציין כי חומרים אלה נמצאים כיום במעבדות מחקר.

אך מסתבר שקלארק לא היה הראשון. כבר ב-1895 הציע מדען רוסי בשם קונסטנטין טסיאולקובסקי "טירה שמיימית" דמיונית שתהיה גיאו-סינכרונית ותנוע במסלול קבוע בחלל ותשיק לכדור הארץ. את ההשראה לסיפור קיבל לאחר שצפה במגדל אייפל, ודימיין את המגדל מקצהו העליון מטה.

ב-1960 ציין מהנדס רוסי מלנינגרד, יורי ארטסונוב, כי יש אפשרות להקים מעליות חלל, אך דבריו לא זכו להערכה. רק ב-75' זכה רעיון מעליות החלל לתשומת לב מקהיליית המדע המערבית, בזכות מאמר שכתב ג'רום פירסון ממעבדת חיל האוויר בארה"ב על העניין.

אך רק ב-99', כשהציע ג'רום פירסון את מעלית החלל ככלי לצמצום עלויות השיגור לחלל, החליטו בסוכנות נאס"א לקדם את העניין. לטענתו של פירסון, שיגור ק"ג אחד לחלל עולה כיום כ-22 אלף דולר. לעומת זאת, השימוש במעלית החלל יוזיל את המחיר לפחות מ-1.5 דולרים לק"ג.

כדי להגיע לעלויות אלה, יש צורך להשקיע משאבים רבים בפיתוח טכנולוגיות וחומרים שיוזילו משמעותית את הטיסה לחלל. סמיתרמן ציין חמישה פיתוחים טכנולוגיים שנדרשים כדי להוזיל את הטיסה לחלל; אלה, לדעתו, קריטיים להצלחת הפרויקט.

על פי דו"ח שפורסם על ידי נאס"א ב-98', הלחץ על המעלית יגבר ככל שמגביהים לכיוון היציאה מהאטמוספירה. לכן, כבל המעלית צריך להיות בנוי מחומרים חזקים במיוחד, ונתון לשינוים בעוביו; כלומר, עבה בתחילת הדרך ודק מאוד בסופה.

חומרים דוגמת פלדה ויהלום, שנחשבים כיום חזקים במיוחד, אינם מאפשרים בניית כבל שיעמוד בעומסים ובלחצים הנדרשים. היהלום, לדוגמה, מורכב מאטומי פחמן היוצרים קשרים קו-ואלנטיים תלת-ממדיים חזקים ביותר, אך המולקולות שלו שואפות להתפשט במישורים שטוחים.

מולקולות חזקות פי 100 מפלדה

שאיפה זו בעייתית, אם רוצים לכופף את החומר לצורת טבעת, שפופרת או מבנה עקום. לעומת זאת, אטומי פחמן המסודרים בצורה שונה - Nanotubes) CNT Carbon ), לדוגמה - מאפשרים בניית כבל מעלית חזק במיוחד. מולקולות אלה נחשבות חזקות פי 100 מפלדה, ושוקלות ששית ממנה.

הטכנולוגיה השנייה אמורה להיות כזו שתשיג שליטה ובקרה על פריסת הכבל מכדור הארץ לחלל. טכנולוגיה שלישי