Экспресс-лифт в космос, поднимается вверх
Статья • Автор: Алан Беллоуз • Нехудожественная литература • Октябрь 2005 г.
Всего несколько десятилетий назад группа очень умных учёных пришла к выводу, что, если наполнить гигантскую металлическую бочку взрывоопасными химикатами и прикрутить к ней небольшой отсек для людей или груза, можно поджечь фитиль и использовать полученный взрыв для запуска груза в космос. Они назвали эту конструкцию «космической ракетой», и, если не считать нескольких десятков катастрофических неудач, с тех пор эта идея работала без сбоев. К сожалению, доставка грузов в космос с помощью ракет не особенно экономична и обходится примерно в 10 000 долларов за фунт, даже если конструкция не взрывается. Один запуск многоразового американского космического челнока обходится примерно в 500 миллионов долларов.
Проблема в том, что вторая космическая скорость (скорость, необходимая для выхода за пределы земного тяготения) невероятно велика. Ракета, вес которой зачастую достигает десятков тысяч фунтов, должна разогнать этот огромный груз до скорости около 40 200 километров в час и поддерживать такую скорость в течение нескольких минут. Для поддержания такой скорости ракете требуется столько топлива, что оно составляет значительную часть веса аппарата, а это значит, что значительная часть топлива тратится на то, чтобы поднять оставшуюся часть над землей.
Поскольку альтернативы не было (кроме полного отказа от космических полетов), человечество вынуждено было использовать этот метод эвакуации с Земли с тех пор, как начали предприниматься подобные попытки. Многие умники размышляли над идеей башни или троса, способного достичь орбиты Земли и доставлять людей и грузы в космос и обратно с гораздо меньшими затратами энергии. Но когда знающие люди взялись за расчёты, они обнаружили, что такая башня физически невозможна, а самый прочный известный человечеству материал обладает лишь половиной прочности, необходимой для троса, тянущегося в космос. Но всё изменилось в 1991 году, когда появились углеродные нанотрубки, предложившие возможное решение.
Углеродные нанотрубки состоят из тех же атомов углерода, что и алмазы, но организованных в длинные, полые, трубчатые молекулы. Молекулярные связи в этих молекулах придают структурам невероятную прочность на разрыв и определённую гибкость. Из одной молекулы, хотя она в 50 000 раз тоньше человеческого волоса, теоретически можно сделать нанотрубку любой длины. Несколько таких нанотрубок можно затем сжать в чрезвычайно прочную проволоку, достаточную для того, чтобы выдержать давление, необходимое для космического лифта.
Концепция космического лифта относительно проста… он состоит из длинного троса из углеродных нанотрубок, один конец которого закреплён в фиксированной точке на Земле (или на океанической платформе), а другой простирается далеко за пределы геостационарной орбиты. Центробежная сила, создаваемая вращением Земли, будет поддерживать трос натянутым, тем самым сохраняя фиксированное положение лифта. Большие, похожие на трамваи, кабины лифта будут подниматься по тросу с помощью электродвигателей, разгоняясь под действием центробежной силы Земли. Сбросив полезный груз на орбите, они смогут медленно снижаться аналогичным образом.
Несмотря на простоту концепции, строительство лифта станет настоящим инженерным подвигом, если когда-нибудь будет реализовано. Для этого потребуются технологии, которых сегодня не существует, и некий творческий подход к решению задач. Например, на момент написания статьи самые длинные нанотрубки, которые будут разработаны, измеряются сантиметрами, а трос космического лифта должен иметь длину около 62 000 миль. Однако исследования по всему миру занимаются решением этих проблем, и, несмотря на трудности, по оптимистичным прогнозам, работающий космический лифт будет запущен уже в 2018 году. Хотя проект обойдётся в несколько миллиардов долларов, он позволит снизить стоимость доставки грузов на орбиту с 10 000 долларов за фунт до менее чем 400 долларов за фунт, поэтому он должен окупиться примерно за десятилетие.
Исследователям также необходимо предвидеть и планировать возможные проблемы с космическим лифтом. Воздушное пространство вокруг лифта должно быть полностью свободно от самолётов, чтобы столкновение не привело к его разрушению и нарушению целостности лифта. Спутники также представляют опасность, поскольку в течение достаточно длительного времени все несинхронизированные спутники в конечном итоге столкнутся с лифтом, если их не перенаправить. Существуют также природные факторы, такие как метеороиды и микрометеориты, обледенение кабеля, молнии и ветер.
Если космический лифт сломается вблизи Земли, он потеряет устойчивость и поднимется на более высокую орбиту. Если же он сломается ближе к вершине, верхняя часть поднимется на более высокую орбиту, а те тросы, которые не сгорят при входе в атмосферу, теоретически будут дрейфовать к Земле с силой падающего листа бумаги, учитывая лёгкость троса и его плоскую, ленточную конструкцию. Для любых лифтовых кабин потребуется система аварийного спуска на случай чрезвычайной ситуации, возможно, с использованием парашютов.
В настоящее время НАСА изучает возможность создания космического лифта и определило несколько ключевых направлений исследований, прежде чем его реализация станет возможной и практической. Космический лифт долгое время был лишь научной фантастикой, но с открытием и разработкой углеродных нанотрубок он может стать основным средством передвижения в космосе в ближайшие десятилетия.
