На преодоление земного притяжения во время космических полетов тратится огромное количество энергии и денег. Каждый дополнительный килограмм груза на корабле стоит не одну тысячу долларов. И чем дальше летит космический аппарат — тем больше требуется средств.
Именно поэтому ученые предложили оптимальный, на их взгляд, способ доставки грузов за пределы Земли — космический лифт. Это сверхпрочный трос длиной от 42 тыс. до 100 тыс. км, который тянется от Земли до ее орбиты или орбиты ближайших спутников — например, Луны.
В современном понимании космический лифт будет состоять из блоков, которые передвигаются вверх и вниз по тросу от космодрома на экваторе до космической станции на геостационарной орбите (то есть орбите Земли над экватором, используемой для искусственных спутников). Центробежные силы, вызванные вращением Земли, будут удерживать трос в воздухе. Стоимость проекта оценивают в $10 млрд [1], при этом доставка грузов подешевеет с $3500 до $25 за 0,45 кг (1 фунт).
История идеи космического лифта
Впервые идею безракетной доставки грузов на орбиту предложил в 1895 году Константин Циолковский — основоположник теории космонавтики. Он вдохновился Эйфелевой башней в Париже и предложил построить по ее подобию космический лифт. В теории Циолковского лифт представлял собой башню из прочных материалов, которые препятствуют его сжатию, а верхушка его находилась бы на геоцентрической орбите.
В 1959 году российский ученый Юрий Арцутанов предложил идею лифта, который приводится в движение тросами, устойчивыми к растяжению. В 1975 году появились научные работы с соответствующими расчетами, а в 1979-м Артур Кларк описал идею космического лифта в «Фонтанах рая».
Реально ли построить космический лифт?
Чтобы построить космический лифт, нужен сверхпрочный материал, который способен выдержать многотонные грузы и не сломаться под влиянием атмосферного давления. Таким материалом могут быть нанотрубки, но на сегодня их прочности недостаточно: при необходимых 120 ГПа самый лучший результат испытаний — пока что 52 ГПа. Большие надежды возлагают на графен, который в 200 раз прочнее стали. Вторая проблема — это космический мусор: мелкие астероиды, обломки ракет, вышедшие из строя спутники, всего около 500 тыс. единиц. Все они вращаются по той же орбите и могут повредить лифт. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают различные технологии для сбора мусора, вплоть до совместных проектов с Минобороны США.
Какие проекты есть сейчас?
Самый амбициозный проект космического лифта предложили исследователи Зефир Пеньор из Кембриджского университета и Эмили Сэндфорд из Колумбийского университета. Их лифт представляет собой кабель, который соединяет Землю с Луной. По расчетам исследователей, такой кабель достаточно протянуть от Луны до геосинхронной орбиты (то есть орбиты Луны). Изготовить его можно из углеродных полимеров толщиной с карандаш.
Лифт, согласно проекту, совершает полный оборот раз в месяц. Это позволит распределить центробежную силу так, чтобы она проходила через точку Лагранжа — там, где гравитационные поля Земли и Луны полностью нейтрализуют друг друга. Там же предлагают разместить орбитальные станции (сейчас они вращаются на орбите Земли). В точке Лагранжа значительно меньше изменение скорости силы тяжести, поэтому оброненные предметы остаются рядом, а не улетают в атмосферу. На реализацию проекта понадобятся миллиарды долларов. Но это позволит на две трети сократить расходы на топливо, которое уходит на запуски ракет. Кроме того, проект откроет возможности для создания колоний-поселений на поверхности Луны.
С 2005 года NASA проводит конкурс на лучшую модель космического лифта — аппарата, который поднимется по тросу на максимальную высоту с максимальной скоростью. Подобные же конкурсы проводят в Германии и Японии. Пока что самый выдающийся результат — 1,2 км. Победители получали гранты на свои исследования, но так и не смогли продвинуться дальше прототипа. В Канаде разработкой лифта занимается Thoth Technology. Компания получила патент США на свою разработку башни, которая сохраняет жесткость за счет сжатого газа. В концепции канадцев лифт будет доставлять грузы на высоту 20 км, откуда их будут забирать ракеты. Это позволит экономить до 30% топлива.
В Японии создание космического лифта активно поддерживается государством. Местная Obayashi Company обещает построить лифт к 2050 году. Компания работает с частными подрядчиками и университетами, чтобы создать максимально прочные нанотрубки. В 2018 году на МКС стартовал эксперимент STARS-Me, разработанный физиками из японского университета Сидзуока. Это автономный роботизированный спутник с космическим мини-лифтом, который будет в миниатюре моделировать условия, с которыми могут столкнуться подобные системы. Его камеры будут следить за движением двух крошечных лифтов по десятиметровому тросу в невесомости. Китайцы намерены опередить Японию и построить космический лифт к 2045 году. Они тоже ведут разработки в области углеродных нанотрубок. В 2018-м исследовательская группа Университета Цинхуа запатентовала технологию создания углеродного волокна, 1,6 г которого выдерживает до 800 тонн.
Что думают эксперты?
В NASA считают, что сама концепция космического лифта очень перспективна. Главную ставку делают на японский и китайский проекты — то есть, запуск лифта к 2050 году. Митио Каку, профессор физики Городского колледжа Нью-Йорка, популяризатор науки и футуролог, называет космический лифт «Святым Граалем освоения космоса»: «Представьте, что вы нажимаете кнопку «вверх» и поднимаетесь на лифте в небо. Это могло бы открыть космос для каждого человека». Питер Суон, президент Международного консорциума по созданию космического лифта ISEC, тоже настроен оптимистично: «Эта технология открывает феноменальные возможности, она обеспечит человечеству доступ к Солнечной системе. Я думаю, что первые лифты будут работать в автоматическом режиме, а спустя 10-15 лет в нашем распоряжении уже будут от шести до восьми таких устройств, достаточно безопасных, чтобы транспортировать людей». Однако Суон также говорит и о трудностях: «Единственная технологическая проблема, которую предстоит решить — подбор подходящего материала для изготовления троса. Все остальное мы можем построить уже сейчас».
Кевин Фонг, основатель Центра высотной, космической и экстремальной медицины при Университетском колледже Лондона, тоже считает идею амбициозной: «Мне нравится дерзость концепции космического лифта. Я могу понять, почему она кажется людям такой привлекательной. Возможность добираться до низких орбит Земли недорого и безопасно открывает для нас всю внутреннюю область Солнечной системы». При этом Фонг признает, что строительство космического лифта — достаточно сложный процесс. Он считает, что даже если людям удастся преодолеть технические сложности, получившаяся конструкция будет представлять собой «гигантскую натянутую струну, сводящую космические аппараты с орбит и постоянно подвергающуюся бомбардировке космическим мусором». Кроме того, строительство такого лифта потребует активного использования космических кораблей и большого количества выходов в открытый космос за всю историю человечества.
| « Предыдущая | Следующая » |
|---|