В космос на лифте: как добраться к звездам с помощью тросса

Космический лифт. Звучит фантастично, не думаете? И правда, такой постройки на Земле пока нет. Но она вполне может появиться из-за слишком высокой дороговизны космических полетов. Итак, что это такое и с чем его едят?                                    





Смотреть все фото в галерее
Не секрет, что основная сложность космического полета - это преодоление земного притяжения. Из-за него каждый дополнительный килограмм груза обойдется в тысячи долларов. И чем дальше предстоит полет, тем он будет дороже.
 


Что это такое?    
×


Поэтому космический лифт - вполне себе выгодное решение такой проблемы. Концепция состоит в том, чтобы создать огромный сверхпрочный трос до 100 тыс. км в длину, и протянуть его от Земли до ее орбиты или вообще до Луны.
По этому самому тросу будут перемещаться блоки, которые двигались бы от космодрома где-нибудь на экваторе до космической станции на геостационарной орбите. А центробежные силы, которые возникают благодаря вращению Земли, удерживали бы такой трос в воздухе.
И хотя проект будет стоить минимум десяток миллиардов долларов, доставка грузов подешевела бы в тысячи раз: с 3,5 тысяч долларов до всего 25 за один фунт груза (0,45 кг).
 


Когда это придумали и кому это вообще взбрело в голову?    


Идея космического лифта не нова. Ее придумал основоположник космонавтики Константин Циолковский после того, как в Париже была возведена Эйфелева башня - в 1895 году. Циолковский предложил построить башню высотой в тысячи километров. А прикрепить ее планировалось на некоей тверди на околоземной орбите.
Правда, у Циолковского не было необходимых материалов: самой прочной тогда считалась сталь, которая и доли необходимой нагрузки не выдержала бы. А по проекту Циолковского это была башня из прочных материалов.
Значительно позже, в 1960 году, еще до первого полета человека в космос, советский ученый Юрий Арцутанов предложил вместо башни Циолковского другую концепцию - этакую "канатную дорогу", один конец которой находился бы на экваторе Земли, а другой был бы прикреплен к космической платформе на геостационарной орбите высотой порядка 36 тыс. километров.    


Тело, которое было бы выведено на такую орбиту, зависло бы над одной точкой над землей, так как период суточного обращения Земли здесь полностью совпадает с периодом обращения станции вокруг Земли. Свою идею ученый описал в приложении к "Комсомольской правде", статье "В космос - на электровозе". Тогда он только учился в аспирантуре ленинградской техноложки.
Арцутанов рассчитал, что грузы будут доходить до станции примерно за неделю. А трос, в свою очередь, за счет гравитационных и центробежных сил будет постоянно натянут. Эту же конструкцию предлагалось снабдить железнодорожными путями, действующими по принципу маглева (то есть поезда на магнитной подушке).
Настоящее мировое внимание к идее смог привлечь фантаст Артур Кларк. В своем романе "Фонтаны рая" он описал такой лифт.    


И хотя в соответствии с парадигмой Мичио Каку идея относится к "невозможностям первого класса", то есть она не противоречит законам физики, но мы не владеем материалами и технологиями для осуществления проекта, все же НАСА в 1999 году отнесло проект к возможностям начала третьего тысячелетия.
 


Как создать космический лифт    


Итак, для создания космического лифта вам потребуются: трос и терпение. Трос, тот самый, о котором говорил советский ученый, потребуется крайне легкий и прочный. В теории, могут подойти изобретенные в 90-е годы прошлого века углеродные нанотрубки. Они настолько прочные, что нитка миллиметром в диаметре могла бы выдержать груз в 60 тонн. Но пока у нас нет промышленных технологий, которые позволили бы получать и сплетать эти нити в необходимом количестве. Однако технологии разрабатываются.    


Также значительно осложняет задачу космический мусор и собственные колебания этой самой струны, которые могут привести к разрушению. Да и у кристаллических решеток, из которых состоят нанотрубки, тоже есть дефекты: ничего в этом мире неидеально. А в них могут попадать микрометеориты и космические лучи, которые в итоге могут разрушить трос. Ко всему прочему, нанотрубки горят. И горят слишком хорошо, поэтому как альтернативу можно рассматривать силицен. Но его тяжелее получать.
Кроме того, энергии на проект потребуется очень много. У нас нет таких аккумуляторов, которые смогут запитать всю конструкцию. Поэтому есть возможность использовать лазерные или микроволновые внешние источники. К тому же, всегда можно использовать энергию торможения лифта, который стремится вниз.    


Еще одна сложность - доставка лифта на орбиту. Сделать это тяжело: поднять такой груз современными ракетами-носителями невозможно, а по частям доставлять - это же надо, получается, как-то соединять нити прямо в космосе. Если же сбросить маленькую нить, а вокруг нее наращивать толщину каната - уйдет крайне много времени.
 


Что будет, если мы его построим, а он рухнет?    


Здесь все просто: нам всем... Нет, не всем. Представим себе, что кабель состоит из сотни отдельных частей, он вертится вокруг Земли с той же скоростью, что и сама Земля.
Каждая деталь в нашей с вами модели будет иметь только гравитационное взаимодействие с Землей, без силы натяжения. В таком случае, каждая нижняя часть кабеля просто упадет на Землю, и, скорее всего, вызовет серьезные разрушения. Они упали бы на расстояние, равное трети экватора, хотя вся длина кабеля была бы почти равна окружности Земли, которая, как мы помним, равняется 40 тысячам километров.    


Некоторые части кабеля, однако, даже не коснулись бы поверхности. Есть вероятность, что верхние осколки наберут такую высоту, что просто выйдут на орбиту вокруг Земли. Не пострадают при этом жители экватора: им на голову свалятся далеко не все осколки.
Если же верхняя часть кабеля цела, а нижняя упала, то силы натяжения, которые возникли бы внутри кабеля при его движении по орбите планеты, все равно разлетелись бы на космический мусор. А такая гора мусора неизбежно повредила бы спутники и лишила бы нас телевидения, интернета, научных аппаратах и GPS. Так что вы бы даже не смогли прочитать этот материал.    
Не секрет, что основная сложность космического полета - это преодоление земного притяжения. Из-за него каждый дополнительный килограмм груза обойдется в тысячи долларов. И чем дальше предстоит полет, тем он будет дороже.
 


Что это такое?    
Поэтому космический лифт - вполне себе выгодное решение такой проблемы. Концепция состоит в том, чтобы создать огромный сверхпрочный трос до 100 тыс. км в длину, и протянуть его от Земли до ее орбиты или вообще до Луны.
По этому самому тросу будут перемещаться блоки, которые двигались бы от космодрома где-нибудь на экваторе до космической станции на геостационарной орбите. А центробежные силы, которые возникают благодаря вращению Земли, удерживали бы такой трос в воздухе.
И хотя проект будет стоить минимум десяток миллиардов долларов, доставка грузов подешевела бы в тысячи раз: с 3,5 тысяч долларов до всего 25 за один фунт груза (0,45 кг).
 


Когда это придумали и кому это вообще взбрело в голову?    
Идея космического лифта не нова. Ее придумал основоположник космонавтики Константин Циолковский после того, как в Париже была возведена Эйфелева башня - в 1895 году. Циолковский предложил построить башню высотой в тысячи километров. А прикрепить ее планировалось на некоей тверди на околоземной орбите.
Правда, у Циолковского не было необходимых материалов: самой прочной тогда считалась сталь, которая и доли необходимой нагрузки не выдержала бы. А по проекту Циолковского это была башня из прочных материалов.
Значительно позже, в 1960 году, еще до первого полета человека в космос, советский ученый Юрий Арцутанов предложил вместо башни Циолковского другую концепцию - этакую "канатную дорогу", один конец которой находился бы на экваторе Земли, а другой был бы прикреплен к космической платформе на геостационарной орбите высотой порядка 36 тыс. километров.    
Тело, которое было бы выведено на такую орбиту, зависло бы над одной точкой над землей, так как период суточного обращения Земли здесь полностью совпадает с периодом обращения станции вокруг Земли. Свою идею ученый описал в приложении к "Комсомольской правде", статье "В космос - на электровозе". Тогда он только учился в аспирантуре ленинградской техноложки.
Арцутанов рассчитал, что грузы будут доходить до станции примерно за неделю. А трос, в свою очередь, за счет гравитационных и центробежных сил будет постоянно натянут. Эту же конструкцию предлагалось снабдить железнодорожными путями, действующими по принципу маглева (то есть поезда на магнитной подушке).
Настоящее мировое внимание к идее смог привлечь фантаст Артур Кларк. В своем романе "Фонтаны рая" он описал такой лифт.    
И хотя в соответствии с парадигмой Мичио Каку идея относится к "невозможностям первого класса", то есть она не противоречит законам физики, но мы не владеем материалами и технологиями для осуществления проекта, все же НАСА в 1999 году отнесло проект к возможностям начала третьего тысячелетия.
 


Как создать космический лифт    
Итак, для создания космического лифта вам потребуются: трос и терпение. Трос, тот самый, о котором говорил советский ученый, потребуется крайне легкий и прочный. В теории, могут подойти изобретенные в 90-е годы прошлого века углеродные нанотрубки. Они настолько прочные, что нитка миллиметром в диаметре могла бы выдержать груз в 60 тонн. Но пока у нас нет промышленных технологий, которые позволили бы получать и сплетать эти нити в необходимом количестве. Однако технологии разрабатываются.    
Также значительно осложняет задачу космический мусор и собственные колебания этой самой струны, которые могут привести к разрушению. Да и у кристаллических решеток, из которых состоят нанотрубки, тоже есть дефекты: ничего в этом мире неидеально. А в них могут попадать микрометеориты и космические лучи, которые в итоге могут разрушить трос. Ко всему прочему, нанотрубки горят. И горят слишком хорошо, поэтому как альтернативу можно рассматривать силицен. Но его тяжелее получать.
Кроме того, энергии на проект потребуется очень много. У нас нет таких аккумуляторов, которые смогут запитать всю конструкцию. Поэтому есть возможность использовать лазерные или микроволновые внешние источники. К тому же, всегда можно использовать энергию торможения лифта, который стремится вниз.    
Еще одна сложность - доставка лифта на орбиту. Сделать это тяжело: поднять такой груз современными ракетами-носителями невозможно, а по частям доставлять - это же надо, получается, как-то соединять нити прямо в космосе. Если же сбросить маленькую нить, а вокруг нее наращивать толщину каната - уйдет крайне много времени.
 


Что будет, если мы его построим, а он рухнет?    
Здесь все просто: нам всем... Нет, не всем. Представим себе, что кабель состоит из сотни отдельных частей, он вертится вокруг Земли с той же скоростью, что и сама Земля.
Каждая деталь в нашей с вами модели будет иметь только гравитационное взаимодействие с Землей, без силы натяжения. В таком случае, каждая нижняя часть кабеля просто упадет на Землю, и, скорее всего, вызовет серьезные разрушения. Они упали бы на расстояние, равное трети экватора, хотя вся длина кабеля была бы почти равна окружности Земли, которая, как мы помним, равняется 40 тысячам километров.    
Некоторые части кабеля, однако, даже не коснулись бы поверхности. Есть вероятность, что верхние осколки наберут такую высоту, что просто выйдут на орбиту вокруг Земли. Не пострадают при этом жители экватора: им на голову свалятся далеко не все осколки.
Если же верхняя часть кабеля цела, а нижняя упала, то силы натяжения, которые возникли бы внутри кабеля при его движении по орбите планеты, все равно разлетелись бы на космический мусор. А такая гора мусора неизбежно повредила бы спутники и лишила бы нас телевидения, интернета, научных аппаратах и GPS. Так что вы бы даже не смогли прочитать этот материал.