Pojawiały się w filmach science-fiction, są też w wielu powieściach należących do tego gatunku (w tym także w mojej ulubionej trylogii Cixina Liu). Wciąż jednak nie ma odpowiedzi na pytanie, czy stworzenie windy kosmicznej jest realistyczne i wykonalne.
Doświadczenie ostatnich kilku dekad wskazuje, że najlepszym sposobem wysyłania ludzi na orbitę okołoziemską jest wykorzystanie rakiet napędzanych paliwem chemicznym. Nie zmienia to jednak faktu, że tak długo, jak długo istnieje koncepcja rakiet, istnieje także koncepcja windy kosmicznej, gigantycznej struktury, która dosłownie niczym winda w wieżowcu, byłaby w stanie bezustannie wozić ładunki i ludzi z Ziemi na orbitę i z powrotem. O ile jednak rakiety powstały, a następnie zostały znacząco udoskonalone, o tyle windy kosmiczne pozostały do dzisiaj jedynie w powieściach science-fiction oraz w rozważaniach futurystów.
Od czasu do czasu pojawiają się naukowcy, którzy przekonują, że stworzenie takiej konstrukcji nie tylko jest wykonalne, ale po zakończeniu budowy znacząco obniżyłoby koszty wynoszenia ludzi i ładunków na orbitę okołoziemską. Tak zdaje się wskazywać także Alberto de la Torre, fizyk z Uniwersytetu Northeastern.
Pomimo spadających dzięki wykorzystaniu rakiet wielokrotnego użytku kosztów wynoszenia na orbitę okołoziemską, dostęp do przestrzeni kosmicznej jest wciąż bardzo ograniczony i kosztowny.
Stworzenie windy kosmicznej z pewnością nie należałoby do łatwych zadań. O czym bowiem mówimy? Mówimy o stworzeniu konstrukcji, która zacumowana do powierzchni Ziemi, musiałaby rozciągać się przez atmosferę, niską orbitę okołoziemską następnie sięgać aż orbity geostacjonarnej i rozciągać się jeszcze dalej w przestrzeń kosmiczną. Łatwo wyobrazić sobie skalę problemu, jeżeli zważy się na fakt, że orbita okołoziemska znajduje się ponad 35 000 km nad powierzchnią Ziemi. Nawet na powierzchni Ziemi nie położono nigdy żadnej drogi, która miałaby taką długość. Czym dopiero byłoby tworzenie tak długiej struktury w pionie.
Oczywiście, nie jest tak że dałoby się taką windę stworzyć „od dołu”. Wszystko wskazuje na to, że trzeba byłoby najpierw umieścić konkretną konstrukcję na orbicie geostacjonarnej, a dopiero od niej budować w dół, w kierunku powierzchni Ziemi. Po zakończeniu budowy na orbicie geostacjonarnej znajdowałaby się swoista przeciwwaga dla całej konstrukcji, która poruszałaby się po orbicie z taką prędkością, że zawsze znajdowałaby się nad tym samym miejscem na Ziemi.
Aby ustabilizować taką windę, musiałaby się ona rozciągać jeszcze za orbitę geostacjonarną. W ten sposób ta dalsza część generowałaby siłę odśrodkową, która równoważyłaby przyciąganie grawitacyjne ze strony Ziemi.
Dlaczego zatem żadna winda kosmiczna nigdy nie powstała? Wbrew pozorom kilkukrotnie podejmowano próbę zaprojektowania takiej megakonstrukcji. Jednak stworzenie lin, czy kabli o długości kilkudziesięciu tysięcy kilometrów jest po prostu niemożliwe przy zastosowaniu konwencjonalnych materiałów. Nawet przewody wykonane ze stali nie byłyby w stanie wytrzymać napięcia, którego winda doświadczałaby na orbicie okołoziemskiej. Siły rozciągające byłyby dla stali aż sześćdziesięciokrotnie za wysokie.
Wszystko jednak się zmienia. De la Torre w swojej pracy wskazuje na rozwój materiałów takich jak nanorurki z azotku boru, nanonici z diamentu i grafen. Wszystkie materiały o „niskiej gęstości i dużej wytrzymałości na rozciąganie” mogłyby spełnić te wymagania.
„Nanorurki węglowe są proponowane jako idealny materiał ze względu na jego wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Problem jednak w tym, że najnowsze badania wskazują, że ich właściwości w skali nano mogą nie przekładać się na megastruktury”.
„Chociaż początkowa inwestycja w windę kosmiczną może być znaczna – porównywalna z kosztem opracowania i wystrzelenia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba na orbitę, koszty mogą się zwrócić po pomyślnym wystrzeleniu zaledwie kilku ton ładunku. Teoretycznie w przypadku gotowej windy kosmicznej koszt wyniesienia kilograma ładunku na orbitę spadłby do kilkuset dolarów”
– przekonuje de la Torre.
Możliwe zatem, że stworzenie windy kosmicznej będzie zależało od rozwoju badań nad nowymi, lekkimi i niezwykle wytrzymałymi materiałami. Bez odpowiednich materiałów, rakiety będą stanowiły dla nas jedyną furtkę w przestrzeń kosmiczną.