Лифт на орбиту – не мечта, а перспектива (фото)

Ученые ищут новые пути в космос.

Чем больше времени проходит от запуска первого спутника и полета Юрия Гагарина, тем очевиднее, что темпы освоения космоса все сильнее замедляются. Причин тому много, но одна из ключевых — химические ракетные двигатели подходят к пределу своих возможностей. Примитивно говоря, можно делать их больше размером, применять новые виды топлива, модернизировать отдельные узлы, но качественного скачка от ракетной классики уже никто не ждет. Поэтому инженеры начинают присматриваться к идеям, совсем недавно казавшимся просто полетом фантазии.

ИДЕЯ ИЗ СКАЗОК И МИФОВ

Сама по себе мысль стара как мир: веревка, лестница или даже бобовый стебель, ведущие в небо, фигурируют в сказках и мифах многих народов. Согласно Библии, пророку Иакову было видение: ангелы Яхве, спускающиеся по лестнице с небес.

В 1960 г. появилось теоретическое обоснование возможности сооружения космического лифта, сделанное советским инженером Юрием Арцутановым. В научно-популярной форме оно было изложено в статье "В космос — на электровозе" в "Комсомольской правде".

Самым известным произведением, посвященным космическому лифту, стал роман писателя-фантаста Артур Кларка "Фонтаны рая", увидевший свет в 1979 г. Сам Кларк рассказывал, что идею "выловил" из альбома фантастических рисунков космонавта Леонова и художника Соколова. Дальнейшие поиски информации по этой теме привели писателя к упомянутой выше статье Арцутанова. После выхода "Фонтанов рая" подъемник, носящийся по тросу от поверхности Земли до орбиты, стал почти обыденным элементом в научной фантастике.

Прообраз. Картина Леонова и Соколова создана в 60-е.

ЛЕГКО В ТЕОРИИ, ПОЧТИ НЕРЕАЛЬНО НА ДЕЛЕ

Математическая база такой транспортной системы не слишком сложна, чего не скажешь о практической стороне дела.

ТЕОРИЯ. Привяжите камень к концу шпагата и начните раскручивать это "устройство". Под влиянием центробежной силы камень туго натянет бечевку. А теперь проведем мысленный эксперимент: разместим один из концов некой фантастически прочной "веревки" на экваторе, а второй вытянем в космос и прикрепим к нему некий груз. Сила притяжения Земли уменьшается пропорционально квадрату расстояния, а центробежная сила растет с увеличением расстояния. На высоте около 42 тыс. км эти силы становятся равными друг другу. Расчеты в пределах школьного курса физики свидетельствуют, что если трос будет иметь достаточную длину и если правильно подобрать груз на его конце, вынесенном в космос, то центробежная сила не позволит всей системе рухнуть на Землю, и мы получим сказочный бобовый росток наяву. А там уже можно установить на такой трос какой-нибудь транспортер, который будет помаленьку таскать грузы с Земли на орбиту, а другой, такой же, будет двигаться в обратном направлении.

ПРАКТИКА. Если теоретическая база космического лифта довольно проста, то практическая реализация проекта сталкивается со множеством непреодолимых преград. Непреодолимых как минимум на современном этапе развития техники. Хотя сегодня идея все больше обрастает вполне осуществимыми решениями.

"Конечно, будут серьезные проблемы — как и у тех, кто строил первую трансконтинентальную железную дорогу, Панамский и Суэцкий каналы, — говорит Джона Баддинг, профессор химии, работающий над созданием конструкционных материалов для космического лифта. — Потребуется много времени и денег, но, как и в случае со всеми великими предприятиями, справиться с препятствиями придется лишь однажды".

Фантаст Артур Кларк. Его роман принес идею лифта в массы.

ТРУДНЫЙ ПУТЬ К ЦЕЛИ

Рассказ о проблемах на пути к реальному лифту в небо мы построим, сравнив, как представлял себе систему Артур Кларк и как она видится инженерам сегодня.

По клику – большое изображение.

ТРОС. Мудрый фантаст видел в нем преграду №1. Сложно не согласиться — только представьте себе, сколько может весить трос даже пятимиллиметровой толщины, но длиной в полсотни тысяч километров? Современные материалы позволяют говорить о высоте чуть больше 100 км. А ведь трос должен не только выдерживать собственный вес, но и всю нагрузку, не говоря уже о запасе прочности на случай неучтенных обстоятельств. В книге материалом выступал некий "псевдоодномерный алмазный кристалл".

Кое-какие надежды забрезжили после создания графена — модификации углерода, выглядящей как слой этого элемента толщиной в один атом. При сворачивании графена в цилиндр получают так называемую нанотрубку. Этот материал имеет прочностные характеристики, позволяющие использовать его для создания столь необычного троса. Увы, сейчас нет технологий, позволяющих ткать из нанотрубок достаточно большие конструкции, но интенсивные работы в этом направлении ведутся во всем мире.

НАЗЕМНАЯ СТАНЦИЯ. Математика говорит, что она должна быть на экваторе. Но ведь большая часть этой воображаемой линии проходит по океанам. Артур Кларк разрешил ситуацию со всей творческой фантазией. Он разместил на экваторе выдуманный остров Тапробани. Судя по описанию острова, он просто "подвинул" южнее свой любимый Цейлон, где провел немалую часть жизни.

Современных инженеров океан вполне устраивает. Наземная станция станет плавучей. То есть можно будет подвести или отвести ее от троса в случае необходимости (например, приближения урагана).

Пару слов о противовесе или якоре, который должен удерживать в космосе трос, спускающийся на землю. По расчетам, это должна быть махина весом в несколько тысяч тонн. Ее предполагается собрать из космических кораблей, которые будут обслуживать строительство космического лифта.

Главные требования к противовесу — быть устойчивым к радиации, перепадам температур и ударам мелких метеоритов или обломков.

ПОДЪЕМНИК. Понадобится также легкая кабина, снабженная двигателями, которая может быстро подняться (опуститься) по тросу на десятки тысяч километров. Количество энергии для преодоления земного тяготения колоссально. Чтобы поднять 1 кг на геостационарную орбиту (расстояние от Земли — 36 тыс. км), нужно 49 мегаджоулей (сгорание 1 кг смеси водород-кислород дает всего 16 МДж). Именно по этой причине большая часть ракет состоит из топливного бака. Поэтому применение на космическом лифте ракетных двигателей делает всю затею бессмысленной. Автор идеи, Юрий Арцутанов, предлагал использовать электродвигатели, которые запитывались бы через металлические нити, вплетенные в несущий трос. Но, напомним, даже минимальное количество металла сделает трос чрезмерно тяжелым. Поэтому сейчас изучаются возможности передачи энергии к подъемнику по лазерному лучу.