Thang máy không gian

• Thang máy không gian là một cấu trúc thang máy trong tưởng tượng có thể đưa con người từ mặt đất lên không gian.
• Khi leo cao, giải thích các đặc điểm theo từng độ cao như mây, động vật, máy bay và hiện tượng thời tiết.
• Khí quyển được chia thành các tầng đối lưu, bình lưu, trung quyển và nhiệt quyển; giới thiệu môi trường khí quyển tại từng độ cao.
• Nêu rằng để hiện thực hóa thang máy không gian cần dây cáp có độ bền rất cao.
• Mô tả trực quan các hiện tượng sẽ trải nghiệm khi độ cao tăng cùng các thách thức quan trọng mà con người và công nghệ phải vượt qua.

---

Giới thiệu thang máy không gian

‘Space Elevator’ tưởng tượng về một thang máy nối thẳng từ bề mặt Trái Đất đến không gian theo phương đứng, trình bày đặc điểm theo từng độ cao cùng các hiện tượng tự nhiên và thách thức kỹ thuật.

Các loài động vật, thiết bị và hiện tượng chính theo độ cao

• Với dạng trò chơi, khi di chuyển từ mặt đất đến không gian mỗi cảnh lại xuất hiện động vật (chim bồ câu, báo tuyết, nhện nhảy Himalaya,...), máy bay (Bleriot XI, SR-71, Bell X-1...) và hiện tượng thời tiết (mây cumulus, mây cirrus, luồng gió phụt cao, v.v.).
• Khi độ cao tăng, khí quyển thay đổi như nhiệt độ giảm, thiếu oxy, áp suất hạ.
• Ở mỗi độ cao, bài viết hướng dẫn các kỷ lục cực hạn về động vật bay, máy bay và khí cầu của con người và tự nhiên.
• Ví dụ, cò trắng, diều hâu đầu xù và đại bàng đầu Rüppell là các loài có thể bay ở độ cao lớn.

Cấu trúc và đặc điểm của khí quyển

• TROPOSPHERE: tầng thấp nhất của khí quyển, nơi tập trung phần lớn thời tiết mặt đất và 99% hơi nước.
• STRATOSPHERE: tầng ozon nằm tại đây, và nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại.
• MESOSPHERE: áp suất không khí thấp và hầu hết thiên thạch sẽ tiêu hủy ở đây. Đây là khu vực có nhiệt độ thấp nhất.
• THERMOSPHERE: được coi là ranh giới của không gian, nhiệt độ rất cao, nhưng vì khoảng cách phân tử xa nên khó cảm nhận. Đường Kármán (100km) được xem như điểm bắt đầu của không gian.

Kỷ lục kỹ thuật, tự nhiên và hiện tượng đặc biệt theo độ cao

• Bay ở độ cao tối đa: Perlan II (máy lượn), NASA Helios (máy bay), Felix Baumgartner (nhảy rơi tự do ở độ cao cao nhất), Alan Eustace (kỷ lục nhảy dù).
• Phương tiện bay nhanh nhất: ví dụ, SR-71 và NASA X-43.
• Hiện tượng hiếm theo độ cao: sprite, blue jet (sét cao), cực quang, mây ngọc trai, mây sáng.
• Kỷ lục con người: Joseph Kittinger và mô tả cuộc nhảy rơi tự do ở độ cao cực cao của Project Excelsior.
• Hiện tượng đặc biệt: “vùng chết”, giới hạn Armstrong, sự thay đổi điểm sôi của nước theo độ cao, và thiếu áp suất, thiếu oxy trong tầng đối lưu trên cùng.

Thang máy không gian và tương lai bền vững ra không gian

• Nhấn mạnh khái niệm thang máy không gian đang là chủ đề nghiên cứu của các nhà khoa học thật.
• Nếu thành công, nó có thể trở thành cách tiếp cận không gian rẻ hơn và an toàn hơn so với phương thức tên lửa hiện có.
• Vấn đề thực tế chính là phát triển vật liệu dây cáp đủ bền và các giải pháp triển khai kỹ thuật.
• Hiện tại vẫn là khái niệm giả tưởng, nhưng giữ kỳ vọng sẽ đổi mới cách con người tiến vào không gian trong tương lai.

Tổng kết

Bài viết trực quan và thú vị việc chỉ dẫn cách con người, động vật, thiết bị và hiện tượng thời tiết tương tác với nhau ở từng độ cao, từ mặt đất, qua khí quyển, đến không gian.

Dựa trên trí tưởng tượng về thang máy không gian, bài viết tổng hợp ngắn gọn môi trường cực đoan, các kỷ lục hiện có của công nghệ và giới tự nhiên, cùng tầm nhìn cho việc tiếp cận không gian trong tương lai.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Ấn tượng nhất là việc cho thấy không gian không xa Trái Đất như chúng ta tưởng. Lớp khí quyển cho phép sự sống cực kỳ mỏng so với kích thước Trái Đất. Ví dụ, khoảng 100km là một quãng đường ngắn hơn so với khoảng cách giữa các đô thị lớn. Có thể là quãng đường đạp xe cả một ngày. Nếu đi xa hơn một chút so với con xe buýt băng qua khu đô thị là đã vào vùng không còn không khí. Chỉ cần chạy bộ hoặc leo dốc khoảng 15km là có thể chạm tới tầng bình lưu. Những máy bay phản lực mà ta tưởng là rất cao thực ra có thể gần hơn cả ngôi nhà hay sân vận động của mình. Nhìn bản đồ Trái Đất theo góc này, bạn mới thật sự cảm nhận được rằng lớp môi trường có thể sinh sống là thật sự rất mỏng

  • Nếu lấy quả địa cầu trong lớp học làm chuẩn thì có thể tưởng tượng khí quyển Trái Đất như lớp phủ dán mỏng phủ trên đó
  • Mọi người thường nghĩ việc bay lên cao là rất khó, nhưng thực ra việc đi lên tương đối dễ; phần khó hơn là "đi ngang đủ nhanh" để giữ được quỹ đạo
  • Điều làm mình ngạc nhiên là bề dày của đại dương cũng rất mỏng. Trước kia người ta từng nghĩ biển sâu khổng lồ, nhưng ngay cả hố Mariana cũng chỉ 0,2% bán kính Trái Đất, còn độ sâu trung bình của đại dương chỉ khoảng 0,05%
  • Nếu châu Phi từng thuộc quyền các cường quốc hàng đầu, dãy Kilimanjaro có thể đã là địa điểm phóng tên lửa khá tốt. Với địa hình cao khoảng 3 mile, giảm được một phần nhiên liệu, và nếu khởi động từ tầng bình lưu thì có thể xuyên qua khí quyển với ít nhiên liệu hơn. Thực chất khá giống cách Scaled Composites và Virgin Galactic đã thử bằng máy bay vận tải lớn. Tuy nhiên, tiện hơn vì không phải canh đúng thời điểm phóng trong trạng thái rơi tự do
  • Thật ra vấn đề khó không phải là bay lên cao, mà là đồng thời đạt được vận tốc để vào quỹ đạo

• Về aurora, không phải là các hạt từ Mặt Trời làm cho các nguyên tử trong khí quyển Trái Đất phát sáng; khi gió Mặt Trời nén đuôi từ quyển từ của Trái Đất thì sẽ xảy ra hiện tượng nối lại từ trường, và trong quá trình đó các hạt được tăng tốc hướng về Trái Đất, lao vào khí quyển và tạo ra ánh sáng. Nói cách khác, gió Mặt Trời không phải trực tiếp cung cấp năng lượng, mà là cơ chế tích trữ năng lượng trong từ trường rồi mới giải phóng

  • Nếu kể về aurora mà bỏ qua space tornado (tuabin không gian) thì sẽ thấy thiếu. Nó không cần thiết cho phần giải thích aurora, nhưng vì hiện tượng quá đẹp nên mình muốn nhắc tới space tornado wiki
  • Cuối cùng, gió Mặt Trời là nguồn năng lượng tạo aurora, nhưng không phải kiểu "gió Mặt Trời đánh vào khí quyển"; về bản chất gió Mặt Trời bơm năng lượng vào từ trường của từ trường Trái Đất, rồi khi từ trường tái kết nối thì năng lượng đó truyền sang hạt và tạo aurora

• Dự án này thật sự khiến mình ngạc nhiên. Đọc thì cứ cuộn tiếp mãi. Với một bạn trẻ tuổi nào đó đang tò mò, có thể là một trải nghiệm làm thay đổi cả thế giới. Rất cảm ơn người sáng tạo. Tuy vậy, cách thanh toán trên "buy me a coffee" không tiện như PayPal hay Apple Pay vì bắt buộc phải nhập trực tiếp thẻ hoặc thông tin ngân hàng

  • Phí của PayPal và Apple Pay khá cao, trong khi thẻ tín dụng rẻ hơn và chuyển khoản gần như miễn phí. Hầu hết người dùng không biết hoặc không quan tâm đến chênh lệch này. Cuối cùng thì tiền vẫn chảy vào các bên trung gian
  • Thực ra khi trả tiền bằng PayPal vẫn phải đăng ký thông tin thẻ hoặc ngân hàng. Các ví trực tuyến như Link cho phép thanh toán đơn giản hơn PayPal

• Có nhắc tới máy bay hai cánh Caproni ca 161 nên mình tra lại. Năm 1938, tại Ý, Mario Pezzi đã bay bằng máy bay cánh quạt đến độ cao 17,083m với đồ bảo hộ áp suất sưởi điện, mũ kín áp suất và khoang áp suất. Sau đó dường như hầu như không còn được nhắc tới và cũng rất khó tìm tư liệu. wiki Mario Pezzi, ảnh đồ bảo hộ áp suất, ảnh thêm, bên trong khoang áp suất

• Đây là một sự thật mới mình biết hôm nay: mỗi ngày có hơn 48 tấn thiên thạch rơi vào khí quyển. Thang máy không gian dù không bất khả thi như trong phim SF nhưng về thực tế vẫn còn gần như giấc mơ. Chưa có loại cáp nào có thể tự chịu được trọng lượng của chính nó. Cũng chưa rõ cách giữ ổn định dây cáp và cabin trong khí quyển. Trên Mặt Trăng, trọng lực, không khí, nguy cơ mảnh vỡ đều thấp hơn nên khả năng khả thi cao hơn, nhưng nhu cầu thực tế lại giảm rất nhiều

  • Thang máy không gian không trái với định luật vật lý nền tảng, nhưng đến nay vẫn mơ hồ liệu có tồn tại vật liệu đủ khả năng xây dựng hay không. Nó phải cùng lúc có cả cường độ chịu kéo để nâng chính mình, cabin, phần dây phụ cộng thêm, và độ bền nhiệt. Cũng phải tính rủi ro năng lượng dự trữ khổng lồ: khi sụp đổ có thể gây thiệt hại khổng lồ toàn cầu. Không chỉ cần đạt đủ cường độ tối thiểu, mà còn cần hệ số an toàn cao gấp hàng chục lần để có ý nghĩa khi triển khai, cùng độ bền không đứt gãy dễ dàng khi gặp tai nạn. Khả năng một vật liệu thỏa cả nhóm thuộc tính này bản thân đã mơ hồ. Chỉ cần nhìn bề ngoài không mâu thuẫn vật lý không có nghĩa là đảm bảo khả thi trong thực tế
  • Quay chậm của Mặt Trăng lại là điểm yếu. Hệ quả là dây cáp phải kéo tới điểm L1, nên thang máy phải dài 56.000 km, tức 20.000 km hơn so với Trái Đất, khoảng 56.000 km. Trong khi đó, phương án "mass driver" bắn như súng pháo hiệu quả hơn nhiều
  • Trên Trái Đất thì không thực tế, nhưng trên sao Hỏa thì có thể làm thang máy không gian bằng sợi Zylon hoặc M5, còn trên Mặt Trăng bằng Kevlar. Thậm chí có ước tính cho thấy chi phí dự kiến của thang máy không gian Mặt Trăng rẻ hơn cả chi phí tên lửa cơ động SLS của NASA wiki sợi M5, báo cáo thang máy không gian Mặt Trăng(pdf), báo cáo kiểm toán của NASA(pdf)
  • Nếu nền tảng là vật liệu không thể cung cấp trong thực tế và bài toán kỹ thuật vốn đã không thể giải quyết, thì nó cũng gần như "chỉ khả thi về lý thuyết" giống như động cơ Alcubierre
  • Một vấn đề khác nữa là bản thân thang máy không gian có thể trở thành nền tảng vũ khí đáng sợ. Rơi vật thể từ trên cao có thể gây thiệt hại lớn cho đối phương. Với chế độ chuyên quyền, nhà nước đã có thể phá hủy nó trước khi hoàn thành. Và nếu đứt ở độ cao rất cao, đoạn đứt có thể cuốn quét như vòng lặp xuống đất với lực khổng lồ. Vì rủi ro này, mình nghĩ việc nó thành hiện thực còn xa hơn nữa

• Mình chơi khá đã ngất ngây với game stimulation-clicker của neal.fun

  • Mình đã chơi hết suốt giờ trưa mà không cheat được. Thật ngạc nhiên!
  • Quá nửa tiếng trôi qua
  • Game này dễ làm nghiện nhanh, nên cẩn thận. Hạn chế dùng xdotool

• Trang này cực kỳ thú vị nên mình đã quyên góp. Ban đầu mình kỳ vọng sẽ mô phỏng tới GEO (quỹ đạo địa tĩnh), điểm đỉnh cuối cùng của thang máy không gian, nhưng thực ra phải nhân bản quy mô lên 420 lần, chưa chắc trình duyệt có chịu nổi

  • Cũng nên ghé xem Size of Space trên cùng site. Solarwalk cho phép cuộn toàn bộ Hệ Mặt Trời, và concept "If the Moon Were One Pixel" tại If the Moon Were Only One Pixel cũng có ở đó. Có thêm các thảo luận HN liên quan 4 tháng trước, 6 năm trước, 3 năm trước
  • Thực ra quỹ đạo địa tĩnh không phải là điểm kết thúc. Cần kéo tiếp để đặt đối trọng phía trên. Nhờ đó mới cân bằng khối lượng phía dưới để toàn bộ cấu trúc duy trì được
  • Thực tế đây không phải ý tưởng khả thi hay thực dụng, mà gần như là một bài tập tư duy toán học thú vị

• Mình bấm đổi độ từ Fahrenheit sang Celsius trong tâm trạng nửa bực bội, và vừa kinh ngạc khi thấy nó chuyển ngay lập tức

  • Trên trình duyệt của mình đã mặc định là Celsius
  • Mình cũng làm tương tự: "Trang này thiết kế đẹp thật, nhấn thử xem sao?" và đúng là nó chạy. Kiểu tương tác như vậy thật khó thấy
  • Nguồn gốc của độ dài (meters) chưa thể chuyển đổi tương tự là một điều đáng tiếc

• Dự án có mức hoàn thiện rất cao. Mình đã mua cà phê cho Neal. Tò mò không biết Ruppell's griffon vulture có lợi thế tiến hóa gì khi bay lên tới 11.400m

  • Theo Wikipedia, có giả thuyết đó để mở rộng tầm nhìn và dễ nhìn bắt mồi hơn related link, nghiên cứu gốc
  • Không phải hành vi nào cũng có lợi thế tiến hóa. Nói cách khác, tiến hóa là quá trình "loại bỏ bất lợi"; tức là chỉ những đặc điểm không thuận lợi cho sự sống sẽ dần biến mất. Tiến hóa chỉ sàng lọc những gì vô ích
  • Trong hàng không, đơn vị feet không thực sự là vấn đề

• Mình cũng khuyên xem deep-sea của neal.fun

  • Có trang tương tự minh họa "hướng lên", nhưng với trục ngang và tỷ lệ khác. Xem If the Moon were only 1 pixel
  • Mình đã kiếm đúng đúng đường dẫn này. Cảm ơn bạn