Орбитальный транспорт – концепт космического лифта уже испытали
Земля плавно уходит вниз, меньше становятся дома, речки и холмы. Постепенно все исчезает за облаками и открывается другой, совсем неведомый мир космоса. При этом нет ни грохота двигателей разгонных ступеней, языков пламени, вырывающихся из сопел. Все тихо и спокойно – именно так фантасты рисуют подъем по космическому лифту наверх, в бездонную черноту. Такое путешествие описывал еще Циолковский, в 60-х идею подхватил советский ученый Юрий Арцутанов, представивший соответствующие расчеты, а позже Артур Кларк развил эту мысль в своем романе «Фонтаны рая». Однако, казалось бы, фантастические измышления имеют под собой вполне реальное обоснование.
Мысль довольно проста: чтобы не тратиться на дорогое топливо и носители, нужно протянуть трос до орбиты Земли, по которому доставлять грузы на станцию типа МКС.
«Ниточка», благодаря вращению нашей планеты и центробежным силам, всегда будет натянутой. А что нужно и что мешает соорудить подобный лифт?
Если его сделать из стали, то он оборвется под собственной тяжестью при длине, максимум, 60 км. Другой вариант – полиэтилен Dyneema: из него изготавливают стропы к парашюту и бронежилеты. Но даже этот материал, 1 кв. мм которого выдерживает пару тонн, не подойдет. Полиэтилен «дайнима» порвется при длине в 2500 км. При этом его масса должна составлять 300 т, а конец наверху иметь толщину 10 м (она будет увеличиваться по мере подъема). Если сбросить такой «тросик» сверху, то, может быть, и получится. Только как такую массу затащить наверх?
Почти что безальтернативный вариант – нанотрубки, сделанные из углерода. Если говорить проще, конструкция представляет собой графен – структуру из атомов химического элемента «С», уложенную в виде трубы. Ее диаметр составляет несколько нанометров, поэтому увидеть такую нить можно только с помощью микроскопа.
Изделия формируют в специальных печах и потом из них «плетут» волокна. Их прочность превышает кевлар в 30 раз. По самым оптимистическим прогнозам, можно изготовит ленту одинакового сечения в 36 тыс. км длиной, весящую 270 т и способную выдержать груз массой 10 т. Даже по пессимистическому сценарию реально выстроить «нитку» весом 900 т, диаметр которой у поверхности планеты будет 1 мм, на орбите 25 см.
Еще одна проблема поиска материала «космической нити» – в ее огнестойкости. Нанотрубки из углерода не просто поддерживают горение, а вспыхивают, подобно спичкам. Заменой этого материала мог бы послужить силицен – аналог графена, но из кремния. Однако вырастить кристаллические решетки из этого материала удалось только в 2012 году и на какой стадии находятся исследования, пока неизвестно.
Даже если получится создать нужной прочности трос, возникнет вопрос: а в чем подниматься? Если теоретически предположить, что космическая кабина будет напоминать те, которые сегодня в небоскребах, время «поездки» займет недели. Нормально: семь суток торчать в лифте!
Физики предложили свой вариант: сделать его на магнитной подвеске. Для этого трос покрывается слоем сверхпроводника (пропускает ток без сопротивления). Если кто-то скажет: «дорого», есть ответ – свинец при экстремально низкой температуре начинает обладать подобными свойствами.
Когда конструкция готова, для движения вверх или вниз придаем магнитному полю нужное направление. В последнем случае на конечном этапе меняем вектор, чтобы не долбануться о землю из-за гравитации.
Это кажется даже и не фантастикой, а бредом. Тем не менее, здесь тоже есть своя реалистичная платформа. Массивные тела, находящиеся в космосе, между собой имеют точки, где гравитация уравновешивается. Это значит, что находящиеся рядом с ними объекты остаются на месте и если это летательные аппараты, то тратить горючее на поддержку орбиты не потребуется.
Если брать Солнце, нашу планету и ее естественный спутник, таких точек окажется пять. В одной из них благополучно «болтается» и бесперебойно функционирует телескоп «Джеймс Уэбб». А если взять Марс и Юпитер, то там «застрял» и, видимо, надолго, астероид «Ахиллес».
Связь точек Лагранжа и космического лифта в том, что в подобных местах можно «обустроить» перевалочные пункты. С них и будет протягиваться трос в сторону Земли и (или) Луны.
Одной из первых официальных организаций в этом «деле» стала NASA. Агентство проводит регулярные конкурсы с 2005 года, цель которых – разработка космического лифта или аппарата (кому как угодно), способного подняться по тросу с наибольшей скоростью на максимальную высоту. Увы. Результат не особо впечатляющий: 1,2 км. Победители получают гранты, но «воз и ныне там». Ну хотя бы так!
Канадский проект, над которым работает Thoth Technology, представляет собой возведение 20-километровой башни, построенной за счет свойств сжатого газа. В ней и будет «мотаться» лифт, доставляя грузы на высотную площадку. А с нее их заберут ракеты. Такое решение экономит 30 % горючего.
Насчет Европы пока никаких конкретных данных нет. В США Илон Маск заявил, что сделать космический лифт проще, чем «построить мост от Сан-Франциско до Токио» (конференция в Массачусетском институте). Однако азиатские государства иного мнения.
В Стране Восходящего солнца проект космического лифта поддерживается на государственном уровне. Obayashi Company плотно сотрудничает с университетами и подрядчиками для создания нанотроса. Практическое продвижение в этом деле доказывает проведение на МКС с 2018-го года эксперимента STARS-Me. Это спутник-робот, оснащенный миниатюрным космическом лифтом. Система работала в условиях, максимально приближенных к реальности, чтобы смоделировать всевозможные ситуации.
Пара мини-лифтов испытывалась в космосе на 10-метровом тросе. Obayashi Company обещает закончить работы к 2050 году.
Китайцы в этом плане хотят идти «впереди планеты всей» и намерены начать пользоваться космическим лифтом уже в 2045-м. В Китае также усиленно работают над совершенствованием нанотрубок.
В том же 2018-м ими была запатентована технология, позволяющая создавать волокно из углерода, способное выдержать 800 т груза при собственной массе в 1,6 г (!).
Существует специальный консорциум ISEC по разработке космического лифта. Его президент Питер Суон уверен, что подобная технология откроет человечеству «феноменальные возможности». При этом замечает: первые конструкции будут функционировать автоматически. Глава Центра экстремальной космической медицины (Лондон, Университетский колледж) Кевин Фонг считает, что постройка лифта «откроет для нас Солнечную систему» заново. Но признает сложность процесса «струна будет сводить станции с орбит и подвергаться мусорным атакам». В основном мнение ученых сводится к проблеме создания троса. Однако факт есть факт: деньги на космический лифт выделяются регулярно, и кто знает: может это не очередная «пустышка» по «освоению» средств, а действительно перспективные исследования.
В космос без ракет
Мысль довольно проста: чтобы не тратиться на дорогое топливо и носители, нужно протянуть трос до орбиты Земли, по которому доставлять грузы на станцию типа МКС.
Стоимость отправки 1 кг на орбиту сегодня тянет на 20 тыс. (по другим оценкам 8 тыс.) долларов. Космический лифт снизил бы цену примерно до 500 «зеленых».
«Ниточка», благодаря вращению нашей планеты и центробежным силам, всегда будет натянутой. А что нужно и что мешает соорудить подобный лифт?
Материал троса
Если его сделать из стали, то он оборвется под собственной тяжестью при длине, максимум, 60 км. Другой вариант – полиэтилен Dyneema: из него изготавливают стропы к парашюту и бронежилеты. Но даже этот материал, 1 кв. мм которого выдерживает пару тонн, не подойдет. Полиэтилен «дайнима» порвется при длине в 2500 км. При этом его масса должна составлять 300 т, а конец наверху иметь толщину 10 м (она будет увеличиваться по мере подъема). Если сбросить такой «тросик» сверху, то, может быть, и получится. Только как такую массу затащить наверх?
Волокна площадью один квадратный миллиметр, из которых сделан бронежилет, выдерживают вес в 2 тонны. Фото: YouTube.com
Почти что безальтернативный вариант – нанотрубки, сделанные из углерода. Если говорить проще, конструкция представляет собой графен – структуру из атомов химического элемента «С», уложенную в виде трубы. Ее диаметр составляет несколько нанометров, поэтому увидеть такую нить можно только с помощью микроскопа.
Нанотрубка в 117 раз прочнее стали. Фото: YouTube.com
Изделия формируют в специальных печах и потом из них «плетут» волокна. Их прочность превышает кевлар в 30 раз. По самым оптимистическим прогнозам, можно изготовит ленту одинакового сечения в 36 тыс. км длиной, весящую 270 т и способную выдержать груз массой 10 т. Даже по пессимистическому сценарию реально выстроить «нитку» весом 900 т, диаметр которой у поверхности планеты будет 1 мм, на орбите 25 см.
Доставлять грузы на орбиту ракетами – дорого. Фото: YouTube.com
На сегодня удалось получить «нанотрос» длиной несколько метров.
Безопасность
Еще одна проблема поиска материала «космической нити» – в ее огнестойкости. Нанотрубки из углерода не просто поддерживают горение, а вспыхивают, подобно спичкам. Заменой этого материала мог бы послужить силицен – аналог графена, но из кремния. Однако вырастить кристаллические решетки из этого материала удалось только в 2012 году и на какой стадии находятся исследования, пока неизвестно.
Лифт
Даже если получится создать нужной прочности трос, возникнет вопрос: а в чем подниматься? Если теоретически предположить, что космическая кабина будет напоминать те, которые сегодня в небоскребах, время «поездки» займет недели. Нормально: семь суток торчать в лифте!
До последнего этажа – МКС «пилить» почти месяц! Фото: YouTube.com
Физики предложили свой вариант: сделать его на магнитной подвеске. Для этого трос покрывается слоем сверхпроводника (пропускает ток без сопротивления). Если кто-то скажет: «дорого», есть ответ – свинец при экстремально низкой температуре начинает обладать подобными свойствами.
В космической шахте лифта почти как в земной. Фото: YouTube.com
Когда конструкция готова, для движения вверх или вниз придаем магнитному полю нужное направление. В последнем случае на конечном этапе меняем вектор, чтобы не долбануться о землю из-за гравитации.
Лифт до Луны и точки Лагранжа
Это кажется даже и не фантастикой, а бредом. Тем не менее, здесь тоже есть своя реалистичная платформа. Массивные тела, находящиеся в космосе, между собой имеют точки, где гравитация уравновешивается. Это значит, что находящиеся рядом с ними объекты остаются на месте и если это летательные аппараты, то тратить горючее на поддержку орбиты не потребуется.
Точки Лагранжа. Фото: YouTube.com
Если брать Солнце, нашу планету и ее естественный спутник, таких точек окажется пять. В одной из них благополучно «болтается» и бесперебойно функционирует телескоп «Джеймс Уэбб». А если взять Марс и Юпитер, то там «застрял» и, видимо, надолго, астероид «Ахиллес».
Для прочности Луну и Землю можно соединить не одним тросом, а несколькими. Фото: YouTube.com
Связь точек Лагранжа и космического лифта в том, что в подобных местах можно «обустроить» перевалочные пункты. С них и будет протягиваться трос в сторону Земли и (или) Луны.
Реальные проекты космических лифтов
Одной из первых официальных организаций в этом «деле» стала NASA. Агентство проводит регулярные конкурсы с 2005 года, цель которых – разработка космического лифта или аппарата (кому как угодно), способного подняться по тросу с наибольшей скоростью на максимальную высоту. Увы. Результат не особо впечатляющий: 1,2 км. Победители получают гранты, но «воз и ныне там». Ну хотя бы так!
Канадский проект, над которым работает Thoth Technology, представляет собой возведение 20-километровой башни, построенной за счет свойств сжатого газа. В ней и будет «мотаться» лифт, доставляя грузы на высотную площадку. А с нее их заберут ракеты. Такое решение экономит 30 % горючего.
Канадцы хотят построить 20-километровую башню. Фото: YouTube.com
Насчет Европы пока никаких конкретных данных нет. В США Илон Маск заявил, что сделать космический лифт проще, чем «построить мост от Сан-Франциско до Токио» (конференция в Массачусетском институте). Однако азиатские государства иного мнения.
Япония
В Стране Восходящего солнца проект космического лифта поддерживается на государственном уровне. Obayashi Company плотно сотрудничает с университетами и подрядчиками для создания нанотроса. Практическое продвижение в этом деле доказывает проведение на МКС с 2018-го года эксперимента STARS-Me. Это спутник-робот, оснащенный миниатюрным космическом лифтом. Система работала в условиях, максимально приближенных к реальности, чтобы смоделировать всевозможные ситуации.
По натянутому между спутниками тросу японцы переместили макет кабинки. Фото: YouTube.com
Пара мини-лифтов испытывалась в космосе на 10-метровом тросе. Obayashi Company обещает закончить работы к 2050 году.
КНР
Китайцы в этом плане хотят идти «впереди планеты всей» и намерены начать пользоваться космическим лифтом уже в 2045-м. В Китае также усиленно работают над совершенствованием нанотрубок.
Китайцы хотят совместить космический лифт с луноходом. Фото: YouTube.com
В том же 2018-м ими была запатентована технология, позволяющая создавать волокно из углерода, способное выдержать 800 т груза при собственной массе в 1,6 г (!).
Мнение экспертов
Существует специальный консорциум ISEC по разработке космического лифта. Его президент Питер Суон уверен, что подобная технология откроет человечеству «феноменальные возможности». При этом замечает: первые конструкции будут функционировать автоматически. Глава Центра экстремальной космической медицины (Лондон, Университетский колледж) Кевин Фонг считает, что постройка лифта «откроет для нас Солнечную систему» заново. Но признает сложность процесса «струна будет сводить станции с орбит и подвергаться мусорным атакам». В основном мнение ученых сводится к проблеме создания троса. Однако факт есть факт: деньги на космический лифт выделяются регулярно, и кто знает: может это не очередная «пустышка» по «освоению» средств, а действительно перспективные исследования.
- Сергей М.
- https://youtube.com
Рекомендуем для вас
Впервые в России изготовлен супермощный авиадвигатель
Он будет использоваться для отработки новых технологий. Да и отечественным широкофюзеляжным самолетам такие силовые агрегаты необходимы....
Тайна последнего пристанища для сотен автомобилей на краю земли
На Чукотке, вдали от цивилизации, скрывается удивительное автомобильное кладбище, привлекающее своими масштабами и загадками. Здесь оставлены сотни машин – от...
АК-3: военная реплика или учебно-тренировочный самолет
Новый УТС внешне очень похож на Як-3: производитель уверяет, что на платформе этой машины можно собрать любой самолет Второй мировой. А что внутри учебного...
Возвращение легенды: запущен амбициозный проект «Волга 2025»
Не кажется ли вам, что автомобили «Волга» застряли в прошлом, и было бы справедливо дать этому бренду продолжение? Именно так подумала команда YouTube-канала...
Российский авиалайнер МС-21 – итоги модернизации производства за октябрь
Самолет готовятся запустить в серийное производство. Оно стартует уже в 2025 году, если планы ничто не нарушит....
Ту-144ЛЛ – программа исследований на летающей лаборатории выполнена
Ту-144ЛЛ создавался с целью исследования поведения самолета на высоких (сверхзвуковых) скоростях и максимально возможных высотах. В программе принимали участие...
Двигатели для SSJ-100, Ту-214 и Ил-96-300 начнут выпускать и тестировать быстрее
На Пермском заводе ускорят испытания гидромеханических агрегатов. Также будут оптимизированы другие этапы производственного цикла....
Зачем на морских судах окна рубки наклоняют «неправильно»
На морских кораблях иллюминаторы капитанского мостика сделаны с отрицательным уклоном. А на речных судах – все наоборот. В чем тут дело?...
Lada Aura поступили в распоряжение российских чиновников – они не слишком довольны
Первая партия автомобилей уже отправлена к заказчикам. Но чиновникам не нравится отечественный «премиум»....
«Еловый Гусь» – 98 метров размах крыльев, тонны древесины и самый короткий полет в истории авиации
Речь о самом большой в мире самолете, построенном из дерева. Все подробности о проекте читайте в нашем материале....
УАЗ Хантер получил новое «сердце» и стал значительно мощнее
Мощность автомобиля повысилась более чем на 33%. Новые модификации уже появились в продаже....
Будущее поршневых авиадвигателей и особенности работы турбовентиляторных моторов
Есть мнение, что поршневые пропеллерные двигатели давно устарели и нет у них будущего. Это не так – в малой авиации они все равно еще долго будут «править...
Названы сроки выпуска первого белорусского самолета
Реализация проекта уже началась. Также стал известен ожидаемый тираж воздушного судна и объем дополнительного финансирования....
Амуро-Якутская магистраль: вечная мерзлота и американские тепловозы
Амуро-Якутская магистраль – важная составляющая транспортной сети Сибири и Дальнего Востока. Железная дорога имеет большие перспективы развития....
Отпиливаем от движка ГАЗ-53 два цилиндра и запускаем «новый» мотор
ؘНужен двухцилиндровый мотор для мотоцикла? Нет проблем: понадобится отходивший свое (списанный, заброшенный и т. д.) движок от ГАЗ-53. У этого мотора аж...
Представлен новый российский пикап – ждем рамный минивэн на его шасси
Мотор Isuzu и возможность установки на шасси специального оборудования. Пикап обещают сделать доступным....