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.

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.



«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?


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.

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!


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.

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.


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.

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.


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.


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.


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.