Vizionář A. C. Clarke před časem prohlásil, že vesmírný výtah bude postaven 50 let poté, co se všichni této odvážné myšlence přestanou smát. Nedávno opravil svůj odhad na deset let…. 
Cesty do vesmíru jsou zatím stále ještě příliš drahé, složité a nebezpečné. Je prakticky jisté, že kdybychom měli k dispozici způsob, jak se do vesmíru dopravit levně, jednoduše a bezpečně, otevřelo by to dveře lidským aktivitám, které si dnes ještě ani nedovedeme představit.
Nápad starší než století
Snad nejoriginálnějším námětem, jak dramaticky změnit techniku dosažení oběžné dráhy, je vesmírný výtah. Základní princip je přitom jednoduchý a napadl už roku 1895 otce kosmonautiky, Konstantina E. Ciolkovského.
Aby těleso začalo obíhat kolem Země, musí mít dostatečnou rychlost. Na povrchu Země se tato rychlost rovná tzv. první kosmické rychlosti, 7,9 km/s, při které je odstředivá síla působící na těleso rovna gravitační síle, kterou na těleso působí Země. Čím výše jsme nad povrchem Země, tím menší je přitažlivost a tím nižší je potřebná oběžná rychlost.
V určité výšce oběžná rychlost klesne natolik, že bude stejná s rychlosti otáčení se zemského povrchu pod družicí. Tato výška (35786 km) se nazývá geostacionární dráha a družice obíhající Zemi nad rovníkem po této dráze bude stále zhruba nad jedním místem na povrchu. A. C. Clarke v polovině 40. let navrhl a zdůvodnil, proč právě na takových drahách bude výhodné mít telekomunikační družice.
Kabel z nebe
Pokud bychom z geostacionární družice spustili kabel až k Zemi a tam ho ukotvili, mohli bychom po kabelu stoupat na oběžnou dráhu téměř jako výtahem. A aby kabel nespadl dolů, je nutné protáhnout ho až za geostacionární dráhu a na jeho volný konec umístit závaží tak, aby proti gravitaci působila odstředivá síla způsobená rotací Země.
Koncept kosmického výtahu byl znovu oprášen 31. července 1960, kdy ruský vědec Jurij Artsutanov uveřejnil v tehdejším sovětském deníku Pravda článek, popisující takový princip. Do širšího povědomí koncept vesmírného výtahu uvedl až technik United States Air Force Jerome Pearson, který v roce 1975 publikoval moderní studii o výtahu.
Krátce poté mu zavolal spisovatel a fyzik Arthur C. Clarke. „Tak trochu jsme si povídali,“ říká Pearson. „Měl o tu věc skutečně zájem.“ Začali si dopisovat a Clarke poté napsal Rajské fontány (1978), v nichž dokázal myšlenku doopravdy zpopularizovat a dodat jí důvěryhodnost.
Výtah z říše pohádek
Stále ale existovaly dvě teoretické překážky, jež bylo třeba překonat, aby se ze sci-fi mohla stát skutečnost, pohon a lano.
Praktický způsob, jak do výtahu napumpovat energii, se podařilo nalézt počátkem 90. let, kdy optik Hal Bennett a jeho kolega z NASA John Rather začali vyvíjet techniku, umožňující přenášet energii na velkou vzdálenost pomocí laseru s volnými elektrony. Ten používá stejné součásti jako obří urychlovače částic. Původním záměrem bylo napájet energií družice. „Pak ale celá bublina splaskla,“ říká Bennett. Poptávka po dodávce energie na dálku byla minimální. Ale od té doby však máme zdroj energie pro kosmický výtah.
Z čeho by ale mělo být vyrobeno dostatečně pevné lano? V úvahu přicházel nejpevnější známý materiál, modifikovaný diamant, což však pro odborníky odkazovalo konstrukci výtahu do říše pohádek. Nebyl totiž k dispozici materiál, ze kterého by se dal vyrobit několik desítek tisíc kilometrů dlouhý kabel, který by unesl alespoň svou vlastní váhu.
Světlo na konci nanotrubice
Roku 1985 objevil anglický vědec Herolde Krot novou formu uhlíku, fuleren. Ta byla podrobně zkoumána v laboratořích japonské společnosti NEC, kde roku 1991 popsal Sumio Iijima uspořádání atomů uhlíku stočených v jednoatomové vrstvě do mikroskopické rourky, stotisíckrát tenčí než lidský vlas. Tento materiál je extrémně pevný v tahu, až 60x pevnější než ocel, a lehký. Jeho hustota je jen o něco větší než hustota vody.
Tyto „uhlíkové nanotrubice“ jsou dnes nejpevnějším známým materiálem na Zemi – lanko o průměru jen 3 mm by uneslo čtyřicetitunovou velrybu… Průmyslová výroba teprve začíná, ale je zřejmé, že z uhlíkových nanotrubic bude možné vyrábět velice pevné kompozity a z nich jednou vyrobíme i lano tak silné, aby vydrželo napnutí z oběžné dráhy až k povrchu. Pak po takovém laně bude moci jezdit také kosmický výtah…
V průběhu 15 let…
Před několika lety financovala NASA dvoufázovou studii, která měla posoudit reálnost stavby vesmírného výtahu. Hlavním autorem studie byl Bradley C. Edwards, který se stal nadšeným zastáncem do té doby stále ještě fantastické myšlenky. Jeho tým dospěl k závěru, že pokud bude k dispozici potřebný materiál pro kabel s pevností řádově převyšující pevnost oceli, je realizace výtahu uskutečnitelná, i když zůstává technicky neobyčejně náročná.
Nejdůležitější je ovšem posun v představě o době, kdy bychom mohli první výtah vybudovat. Zatímco předchozí odhady se pohybovaly ve stovkách let, Edwards se spolupracovníky vyslovili předpoklad, že výtah by bylo možné postavit v průběhu 15 let. Je to příliš optimistická představa?
Studie vyburcovala aktivitu vědců a inženýrů z celého světa, kteří se vrhli do rozpracovávání Edwardsových návrhů. Vyvrcholením bylo několik mezinárodních vědeckých konferencí.
Kabel dlouhý 91 000 km
Je zřejmé, že kosmická loď, z níž se bude kabel spouštět směrem k Zemi, se musí sestavit až na nízké oběžné dráze (650-1450 km) a poté přesunout na dráhu geostacionární. Kromě prvních několika stovek metrů se bude kabel odvíjet vlastní tíhou. Na jeho konci bude rovněž modul s motory pro lepší směrování, který bude současně působit i jako závaží. Kabel bude muset být dlouhý dnes zatím nepředstavitelných 91 tisíc kilometrů, takže by více než dvakrát opásal Zemi kolem rovníku.
On to vlastně nebude kabel nebo lano v běžném slova smyslu, nýbrž půjde spíše o jakousi stuhu, tedy pás široký po dokončení průměrně jeden metr a tenčí než papír, pouze několik mikrometrů (tyto parametry se budou měnit v závislosti na vzdálenosti od povrchu). Ta je totiž z hlediska mechanických vlastností a odolnosti proti poškození ideálním tvarem.
Páska by se od Země směrem nahoru rozšiřovala a maximální šíře by dosáhla zhruba v polovině délky. Důvodem jsou změny výslednice proti sobě působící gravitace a odstředivé síly v závislosti na vzdálenosti od povrchu – páska musí být tím širší, čím větší síly na ni v daném bodě působí.
východní Tichý oceán na rovníku, 1 000 km od pobřeží Jižní Ameriky
Výroba přímo na místě
Protože hmotnost prvního kabelu spouštěného k Zemi bude omezena nosností raketových nosičů, měla by se nejprve rozvinout jen vodící páska. Předpokládejme, že bude silná pouhý mikrometr, tedy tisícinu milimetru, dole u Země široká 5 cm a v nejširším bodě pak 11,5 cm. Tvořená bude z vedle sebe umístěných vláken s občasným příčným spojením.
Po přiblížení k povrchu bude třeba vodící pásku zachytit a upevnit, nejlépe k plošině, zakotvené v oceánu. Vytipovaná lokalita leží na rovníku, 1500 km západně od Galapág ve východní části Tichého oceánu, kde je prokázán minimální výskyt silných větrů a blesků. Plošina by měla být schopna vlastního pohybu v okruhu zhruba jednoho kilometru, což by umožnilo podle potřeby kabelem pohybovat.
Po vodící pásce by se poté začaly šplhat lehké pracovní plošiny, které by při každé jízdě původní pásku postupně rozšiřovaly o zhruba 1% a kompozitní kabel tak doslova „tkaly“ přímo na místě.
Cesta nahoru za 10 až 12 dní
Dopravní plošiny budou poháněny elektromotory, které budou čerpat energii z fotovoltaických článků, osvětlovaných výkonnými pozemními lasery. Předpokládá se, že rychlost plošin by mohla být 100 až 200 km/h, takže cesta „nahoru“ by trvala asi 10 až 12 dní.
Družice, které by se odpoutaly v menší výšce, by potřebovaly ještě nějakou variantu vlastního pohonu, aby dosáhly potřebné oběžné rychlosti, protože pod úrovní geostacionární dráhy není rychlost získaná díky úhlové rychlosti výtahu dostatečná.
Několik mechanických zdviží se pak bude pohybovat současně nahoru a dolů podél tohoto pásu a bude vynášet nahoru třeba družice nebo součástky na stavbu orbitálních stanic či slunečních elektráren. V příslušné výšce bude náklad uvolněn a naveden na vlastní oběžnou dráhu.
Pokud pojede náklad až na konec nataženého pásu do výšek téměř 90 000 kilometrů, bude mít už takovou rychlost, že ho budeme moci navést na meziplanetární dráhu. Jestli někdy později vybudujeme podobný výtah na Marsu, mohl by sloužit naopak k zachycení a sestupu přilétajících lodí.
Jsou snad takové představy o možnostech vesmírného výtahu až příliš „bujné“? V žádném případě nemůže jít o náhradu raketové techniky a je nutno vidět i nevýhody! Výtah určitě není ideální pro dopravu lidí. Ale rozhodující je, že tento nápad je dostatečně šílený, aby stál za pokus …
NASA uvažuje o vesmírném výtahu
NASA roku 2004 zahájila dlouhodobý program Centennial Challenges, zaměřený na podporu rozvoje zcela netradiční techniky. Poté ve spolupráci s nadací Spaceward vypsala na roky 2005 a 2006 ceny, zaměřené na vývoj technologií, potřebných pro realizaci vesmírného výtahu. 50 000 dolarů (1,25 mil. Kč) bylo určeno za demonstraci nejpevnějšího a nejlehčího kabelu a za návrh nejefektivnějšího systému bezdrátového přenosu energie pro pohyblivé plošiny (říká se jim climbery). Pro další kolo v roce 2006 jsou už vyčleněny dvojnásobné částky. Není to mnoho, ale NASA zatím víc dovolit nemůže.
Celá akce dostala označení Elevator 2010, kde rok symbolizuje dobu, kdy bychom měli najisto vědět, zda je myšlenka natolik reálná, aby mělo smysl v příštím desetiletí do výzkumu investovány podstatně více peněz.
První krůček k výtahu
Na jaře 2005 byla v USA založena firma The Space Elevator Comp., která tvrdí, že do 15 let, tedy do roku 2018, chce kosmický výtah vybudovat. Její součástí jsou firmy skupiny LiftPort Group se sídlem v Seattlu a zakladatelem je M. Laine, jeden z průkopníků myšlenky vesmírného výtahu.
V americkém New Jersey byl založen první průmyslový závod na výrobu uhlíkových nanotrubic. Ten by měl dodávat nanotrubice sklářským, plastikářským a metalurgickým společnostem, které s tímto pevným materiálem budou moci vyrábět další pevné a lehké kompozitní (složené z různých prvků) materiály pro použití v automobilovém a leteckém průmyslu. Uhlíkové nanotrubice v kompozitních materiálech mohou být při hustotě skelné vaty až 100x pevnější než ocel!
„Vývoj uhlíkových nanotrubic považujeme za kritický bod stavby kosmického výtahu,“ řekl Laine. „Otevření komerčního výrobního zařízení nám umožní vyrábět a dodávat v kratších termínech, odpovídajících rostoucí potřebě tohoto materiálu. Zároveň to umožní výzkum a vývoj v této oblasti pro realizaci našeho dlouhodobého cíle – stavbu komerčního kosmického výtahu.“
Výtah za všechny peníze
V současnosti se ceny za dopravu na oběžnou dráhu pohybují v milionech až desítkách miliónů dolarů u bezpilotních družic a ve stovkách miliónů dolarů u pilotovaných lodí. Vynesení jednoho kilogramu na nízkou oběžnou dráhu přijde na víc než 12 000 dolarů, na geostacionární dráhu dokonce na 60 000 dolarů. Využívá se přitom drahého chemického paliva a náklad či pasažéři jsou po cestě vystaveni přetížení a vibracím.
Oproti tomu vesmírný výtah potřebuje ke svému provozu jen relativně levnou elektřinu. Odhaduje se, že k vynesení jednoho kilogramu na geostacionární dráhu by bylo třeba řádově jen desítky, nejvýše stovky kWh, tedy za pár dolarů…
Náklady na výstavbu „elevátoru“ lze odhadnout na 30 až 40 miliard dolarů – pro srovnání start raketoplánu stojí přes půl miliardy, někdy až miliardu dolarů a americké náklady na operaci v Iráku se pohybují kolem 60 miliard ročně.
