Космический лифт: фантастика или реальность?

Правообладатель иллюстрации Science Photo Library Благодаря космическим лифтам, способным доставлять людей и грузы с поверхности Земли на орбиту, человечество смогло бы отказаться от использования экологически вредных ракет. Но создать подобное устройство непросто, как выяснил корреспондент BBC Future.

Когда речь заходит о прогнозах по поводу развития новых технологий, многие считают авторитетом миллионера Элона Маска — одного из лидеров сектора негосударственных научно-исследовательских работ, которому пришла в голову идея «Гиперпетли» — проекта высокоскоростного трубопроводного пассажирского сообщения между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско (время в пути займет всего 35 минут). Но есть проекты, которые даже Маск считает практически не осуществимыми. Например, проект космического лифта.

«Это слишком технически сложная задача. Вряд ли космический лифт можно создать в реальности», — заявил Маск на конференции в Массачусетском технологическом институте прошлой осенью. По его мнению, проще соорудить мост между Лос-Анджелесом и Токио, чем построить лифт на орбиту.

(Похожие статьи из раздела «Журнал»)

Идея отправлять людей и грузы в космос внутри капсул, скользящих вверх вдоль гигантского троса, который удерживается на месте благодаря вращению Земли, не нова. Подобные описания можно встретить в работах таких писателей-фантастов, как Артур Кларк. Однако осуществимой на практике эту концепцию до сих пор не считали. Может быть, уверенность в том, что нам по силам решить эту чрезвычайно сложную техническую задачу, — на самом деле лишь самообман?

Энтузиасты космического лифта считают, что построить его вполне возможно. По их мнению, ракеты, работающие на токсичном топливе, представляют собой устаревший, опасный для человека и природы и чрезмерно дорогостоящий вид космического транспорта. Предлагаемая альтернатива по сути является железнодорожной веткой, проложенной на орбиту — суперпрочный трос, один конец которого закреплен на поверхности Земли, а другой — к противовесу, находящемуся на геосинхронной орбите и потому постоянно висящему над одной точкой земной поверхности. В качестве лифтовых кабинок использовались бы электрические аппараты, движущиеся вверх и вниз вдоль троса. Благодаря космическим лифтам стоимость отправки грузов в космос удалось бы снизить до 500 долларов за килограмм — согласно недавнему отчету Международной академии астронавтики (IAA), сейчас эта цифра составляет приблизительно 20000 долларов за килограмм.

Правообладатель иллюстрации Getty Image caption Энтузиасты космических лифтов указывают на вредность технологий запуска ракет на орбиту

«Данная технология открывает феноменальные возможности, она обеспечит человечеству доступ к Солнечной системе, — говорит Питер Суон, президент Международного консорциума по созданию космического лифта ISEC и соавтор отчета IAA. — Я думаю, что первые лифты будут работать в автоматическом режиме, а спустя 10-15 лет в нашем распоряжении уже будет от шести до восьми таких устройств, достаточно безопасных, чтобы транспортировать людей».

Истоки идеи

Сложность в том, что высота подобного сооружения должна составлять до 100 000 км — это больше, чем два земных экватора. Соответственно, конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать собственный вес. На Земле просто нет материала с необходимыми прочностными характеристиками.

Но некоторые ученые думают, что эту проблему можно будет решить уже в текущем столетии. Крупная японская строительная компания объявила о том, что собирается соорудить космический лифт к 2050 г. А американские исследователи недавно создали новый алмазоподобный материал на основе нанонитей из сжатого бензола, расчетная прочность которого может сделать космический лифт реальностью еще при жизни многих из нас.

Впервые концепция космического лифта была рассмотрена в 1895 г. Константином Циолковским. Российский ученый, вдохновленный примером недавно построенной Эйфелевой башни в Париже, занялся исследованием физических аспектов строительства гигантской башни, при помощи которой можно было бы доставлять космические корабли на орбиту без использования ракет. Позднее, в 1979 г., эту тему упомянул писатель-фантаст Артур Кларк в романе «Фонтаны рая» — его главный герой строит космический лифт, схожий по конструкции с обсуждаемыми сейчас проектами.

Вопрос в том, как воплотить идею в жизнь. “Мне нравится дерзость концепции космического лифта, — говорит Кевин Фонг, основатель Центра высотной, космической и экстремальной медицины при Университетском колледже Лондона. — 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».

Японцы собираются запустить грузовой лифт в космос. Это возможно?

Японская компания Obayashi Corporation готова испытать «космический лифт». Специалисты университета Сидзуока запустят на орбиту первую модель 11 сентября. Прототип будет состоять из двух кубических спутников в ширину и высоту по три сантиметра и длиной шесть сантиметров. В модели имеется и стальной торс, по которому будет передвигаться мини-прототип кабины лифта между двумя мини-спутниками.

Это сооружение выведут на орбиту при помощи ракеты Н-2В. Эксперимент пройдет именно на геостационарной орбите, что и позволит сооружению оставаться в одной и той же точке над Землей.

«Это будет первый в мире эксперимент по проверке движения лифта в космосе», — сообщили в пресс-службе университета. За происходящим будут следить с помощью спутников.

Угроза столкновения

Опрошенные «360» эксперты сошлись во мнении, что у этого сооружения очень узкая направленность. Оправдает ли свои затраты результат, сказать трудно. Космический лифт планируют построить к 2050 году. Для реализации своей идеи компания Obayashi собирается использовать технологию углеродных нанотрубок, которые в 20 раз прочнее, чем сталь. Специалистам придется изготовить трос длиной 96 тысяч километров.

Подробнее

Космический лифт позволит доставлять грузы весом до 100 тонн на высоту 36 тысяч километров без использования ракет. Именно трос и соединит поверхность Земли и орбитальную станцию. Однако разработчики уверены, что через 30-35 лет на таком лифте в космос смогут отправиться и люди. C подобными выводами не согласен обозреватель журнала «Новости космонавтики» Игорь Лисов. Он рассказал «360», что если в подобном сооружении перевозить человека, тот просто погибнет от большого количества радиации.

Собеседник уверен, что идея больше напоминает фантастику. К 2050 году такое изобретение реализовать будет невозможно. «Космический лифт подразумевается как непрерывное твердое тело, висящее между Землей и стационарной орбитой. И с тем количеством космического мусора, которое имеется сейчас на орбитах, его снесет за год», — сказал Лисов.

Руководитель Института космической политики Иван Моисеев также считает, что задумка возможна лишь в теории. Несмотря на то, что нанотрубки рассматриваются как прочный материал, поднять в космос такую конструкцию практически невозможно. Более того, трудно изготовить нанотрубки в больших количествах.

Поднять это все (трос из нанотрубок — прим. ред.) в космос — достаточно большая проблема, которую не затрагивают. Потом возникает проблема: вот это вот площадь, поднятая, она будет постоянно под угрозой столкновения с космическими аппаратами и с тем большим количеством мусора, который там находится

Иван Моисеевруководитель Института космической политики.

Научный обозреватель на тему космоса на телеканале «Культура» Александр Галкин уверен, что идея слишком далека от реализации. Даже если трос будет прочным, он может не выдержать собственный вес. А изготовление этого сооружения будет возможным не раньше, чем через 50 лет.

Экологически чистое устройство

Впервые о космическом лифте говорил русский ученый Константин Циолковский. Идея появилась после того, как он увидел Эйфелеву башню. Тогда Циолковский предполагал, что лифт в космос будет расположен внутри подобной башни.

Подробнее

В 1960 году Юрий Арцутанов написал статью о канатной дороге от Земли в космос. Автор предлагал поместить один конец троса на экваторе, а второй — прикрепить к грузу на геостационарной орбите на высоте 36 тысяч километров. Именно на таком расстоянии, по мнению Арцутанова, сила тяжести и центробежная сила уравновешиваются, а спутник-противовес может висеть над заданной точкой.

Подобную идею выдвигал и фантаст Артур Кларк в произведении «Фонтан рая». Книге предшествовала научная статья, в которой он придумал аналог геостационарных орбит. Кларк предложил использовать геосинхронные траектории, с помощью которых спутник может большую часть времени проводить над определенной точкой.

Писатель, как и остальные специалисты, предлагал использовать лифт для перевозки грузов в качестве «экологически чистого устройства». В конечном счете все авторы описывали приблизительно то, что сейчас пытаются реализовать японские разработчики.

Проблемы безопасности

Однако построить космический лифт будет непросто. «Начать с того, что трос необходимо изготовить из суперпрочного, но гибкого материала, обладающего необходимыми весовыми и плотностными характеристиками, чтобы поддерживать вес движущихся по нему аппаратов, и одновременно способного выдерживать постоянные поперечные воздействия. Сейчас такого материала просто не существует, — говорит Фонг. — Кроме того, строительство такого лифта потребует самого интенсивного использования космических кораблей и самого большого количества выходов в открытый космос за всю историю человечества».

По его словам, нельзя сбрасывать со счетов и проблемы безопасности: «Даже если нам удастся преодолеть огромные технические сложности, связанные с постройкой лифта, получившаяся конструкция будет представлять собой гигантскую натянутую струну, сводящую космические аппараты с орбит и постоянно подвергающуюся бомбардировке космическим мусором».

Правообладатель иллюстрации Nasa Image caption Смогут ли когда-нибудь туристы воспользоваться лифтом, чтобы отправиться в космос?

За последние 12 лет в мире опубликованы три подробных проекта космического лифта. Первый описан Брэдом Эдвардсом и Эриком Уэстлингом в книге «Космические лифты», вышедшей в 2003 г. Этот лифт предназначен для транспортировки 20-тонных грузов за счет энергии расположенных на Земле лазерных установок. Расчетная себестоимость перевозки — 150 долларов за килограмм, а стоимость проекта оценивается в 6 млрд долларов.

В 2013 г. академия IAA развила эту концепцию в собственном проекте, обеспечивающем повышенную защиту лифтовых кабинок от атмосферных явлений до высоты в 40 км., при достижении которой движение кабинок на орбиту должно происходить уже за счет солнечной энергии. Себестоимость транспортировки — 500 долларов за килограмм, а стоимость постройки первых двух таких лифтов — 13 млрд долларов.

В ранних концепциях космического лифта приводились разнообразные возможные решения проблемы космического противовеса, призванного удерживать трос в натянутом положении — в том числе предлагалось использовать в этих целях захваченный и доставленный на нужную орбиту астероид. В отчете IAA отмечается, что когда-нибудь такое решение, может быть, и удастся реализовать, но в ближайшем будущем это невозможно.

Примеры[править]

Литература[править]

• «Фонтаны Рая» — научно-фантастический роман Артура Кларка, опубликованный в 1979 году. Посвящён в основном сооружению в XXII веке космического лифта, призванного максимально удешевить вывод грузов и пассажиров на орбиту Земли. Получил обе престижнейшие фантастические премии: «Хьюго» (1980) и «Небьюлу» (1979).
• «3001: Последняя одиссея» — научно-фантастический роман Артура Кларка, четвёртая и последняя книга тетралогии «Космическая одиссея».
• Relevation Space (космопанк) — был подвергнут атак террористов, однако, главный герой успел подняться выше места взрыва.
• Сфера Великорасы — орбитальные лифты используются для доставки люксогенового сырья на орбиту Паркиды (благо оная Паркида — относительно небольшая планета) В этом же цикле у инопланетян-чоругов на планете, условно именуемой людьми «Арсенал», воздвигнуты орбитальные лифты.

«Завтра наступит вечность» Александра Громова — в качестве материала для троса лифта служит инопланетный энерголуч.

Пратчетт и др., «Наука Плоского мира»: в этой книге маги Незримого Университета для эксперимента создают маленькую солнечную систему из круглых небесных тел. На Круглом мире — аналоге Земли — заводится жизнь, а потом и разум. Впоследствии разумные обитатели Круглого мира строят космический лифт, и этот лифт играет важную роль в сюжете — и сам по себе, и как символ технологий, требующих больших начальных вложений, зато дальше позволяющих выполнять задачу более экономно.

А ещё подходит — та бочка на канатах, в которой Ривсвинд с Двацветком спускались за Край Мира.

В цикле «Звёздный авианосец», над Землёй построено три лифта, как можно ближе к экватору. Сами станции являются крупными космическими поселениями и на одной из них даже располагается штаб космофлота. Наземные станции расположены в Кито (столица Эквадора), на горе Кения и остров Пулау-Лингга (около Сингапура). Станции названы в честь наземных с добавкой «супра», например «СупраКито». Упоминается, что и на Марсе есть три подобных лифта.

«Война старика» Джона Скальци — подобный лифт является единственным способом попасть в космос для землян. Лифт построен и принадлежит Колониальному союзу. Как замечает один из пассажиров, с точки зрения современной земной физики, этот лифт невозможен, так как трос заканчивается у самой станции, а не продолжается дальше к противовесу, значит имеют место какие-то неизвестные землянам инопланетные технологии, которыми Союз не желает делиться с прародиной. Сам лифт является постоянным напоминанием о техническом превосходстве Союза над Землёй.

«Повязка на глазах» — орбитальный лифт соединяет центр колонии на планете Атлас с геостационарной Платформой, которая была построена ещё до высадки на планету. Других методов сообщения между планетой и орбитой нет, так как колонии всего 200 лет, и до космической программы ещё очень далеко. Все заняты обживанием этой негостеприимной планеты. В конце книги, главгад детонирует взрывчатку, припрятанную в лифте. Взрыв возле Платформы уничтожает и её. Каторжники и их охрана на орбитальной лаборатории остаются умирать, так как больше некому доставлять им продовольствие и воздух.

«Долгие сумерки Земли» aka «Теплица» — паутина траверсеров соединяет Землю и Луну (которая успела улететь гааараздо дальше), и по ней эти гиганты активно ползают туда-сюда.

Мультсериалы[править]

• «Майлз с другой планеты» — один из эпизодов происходит как раз на такой станции, разработанной отцом главного героя. Из-за того, что дизайнер внёс в проект несколько собственных штрихов, персонажам пришлось сначала срочно думать, как затормозить мчащуюся к земле кабинку, точнее отправить её в обратном направлении, а затем — как вылавливать из открытого космоса, пока не раскололась. Принципы работы самого лифта, вроде бы, не объясняются, но визуально это, скорее всего, некий энергетический луч.

Аниме и манга[править]

• Gunnm — манга и аниме в жанре киберпанк. Города Йеру и Салем являются противовесами на разных концах лифта, причём Салем висит в воздухе на полом тросе не касаясь поверхности земли. А в середине лифта находится орбитальное кольцо, на противоположном конце которое ещё один такой же лифт. Сам лифт расположен отнюдь не на экваторе, а над… бывшим Канзасом. То есть если бы в этом мире физика работала как надо, всю эту конструкцию порвало бы просто в момент.
• «Gundam 00».
• «Accel World» (5 том ранобэ).
• Легенда о героях Галактики — космический лифт на Феззане
• To aru Majutsu no Index — Endymion no Kiseki — вокруг космического лифта вертится сюжет аниме.
• Biomega — космические лифты много где были, но где ещё герой едет на мотоцикле по внешней поверхности шахты лифта?

Сериалы[править]

• Killjoys — во втором сезоне присутствует натуральный космический лифт находясь в котором герои должны выявить терорриста

Видеоигры[править]

• Civilization IV — здесь космический лифт является одним из чудес света эпохи современности и чем ближе к Экватору город, где его возводят, тем быстрее пройдёт строительство. В «Civilization: Call to Power», он тоже является чудом. Более того, его строительство также создаёт орбитальный город над лифтом и позволяет перемещать юнитов между двумя городами без отрицательного эффекта на окружающую среду.
• В Sid Meier’s Alpha Centauri, это является секретным проектом (по-сути, то же самое чудо света). Позволяет войскам с десантными капсулами высаживаться в любой точке Планеты, а также строить спутники в любой базе, даже без присутствия аэрокосмического комплекса.

Halo — построены на Земле в 24 веке. Многие из них (если не все) были уничтожены войсками Ковенанта.

Mega Man X8 — просто Jacob Orbital Elevator.

Satisfactory — космический лифт наименее правдоподобной, но чертовски эпичной конструкции появляется чуть ли не в самом начале игры и необходим для дальнейшего продвижения. Сам игрок в него не залезет, но будет отправлять огромные партии разнообразных товаров, дабы открывать новые ранги хаба.

Настольные игры[править]

• GURPS — в сеттинге Transhuman Space он находится в Кении, а Infinity Worlds в реальности Рейх-5 в Камеруне.
• Warhammer 40k — в огромных количествах на многих планетах-кузнях Империума.

Плавучий «якорь»

Чтобы удерживать трос массой в 6300 тонн, противовес должен весить 1900 тонн. Частично его можно сформировать из космических кораблей и других вспомогательных аппаратов, которые будут использоваться для постройки лифта. Возможно также использование находящихся неподалеку отработавших спутников, отбуксировав их на новую орбиту.

Авторы отчета IAA отмечают, что противовес должен быть устойчивым к воздействию радиации, бомбардировке метеорами и перепадам температур.

Они также предлагают выполнить «якорь», крепящий трос к Земле, в виде плавучей платформы размером с крупный нефтеналивной танкер или авианосец, и разместить его неподалеку от экватора, с целью увеличения его несущей способности. В качестве оптимальной точки размещения «якоря» предлагается район в 1000 км на запад от Галапагосских островов, редко подверженный ураганам, торнадо и тайфунам.

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Космический мусор можно было бы использовать в противовесе на верхнем конце троса космического лифта

Корпорация Obayashi — одна из пяти крупнейших строительных фирм Японии — в прошлом году объявила о планах по созданию космического лифта более прочной конструкции, по которому перемещались бы автоматические кабинки на магнитной подвеске. Подобная технология применяется на высокоскоростных железных дорогах. Более прочный трос необходим потому, что японский лифт предполагается использовать и для транспортировки людей. Стоимость проекта оценивается в 100 млрд долларов, при этом себестоимость транспортировки грузов на орбиту может составить 50-100 долларов за килограмм.

Хотя технических трудностей при строительстве подобного лифта, несомненно, будет предостаточно, на самом деле единственный элемент конструкции, который пока невозможно создать, — это сам трос, говорит Суон: «Единственная технологическая проблема, которую предстоит решить — подбор подходящего материала для изготовления троса. Все остальное мы можем построить уже сейчас».

Достижения

В США с 2005 года проводятся ежегодные соревнования Space Elevator Games, организованные фондом Spaceward при поддержке NASA. В этих состязаниях существуют две номинации: «лучший трос» и «лучший робот (подъёмник)».

В конкурсе подъёмников робот должен преодолеть установленное расстояние, поднимаясь по вертикальному тросу со скоростью не ниже установленной правилами (в соревнованиях 2007 года нормативы были следующими: длина троса — 100 м, минимальная скорость — 2 м/с скорость которой нужно добиться 10 м/с). Лучший результат 2007 года — преодолённое расстояние в 100 м со средней скоростью 1,8 м/с.

Общий призовой фонд соревнований Space Elevator Games в 2009 году составлял 4 млн $.

В конкурсе на прочность троса участникам необходимо предоставить двухметровое кольцо из сверхпрочного материала массой не более 2 г, которое специальная установка проверяет на разрыв. Для победы в конкурсе прочность троса должна минимум на 50 % превосходить по этому показателю образец, уже имеющийся в распоряжении у NASA. Пока лучший результат принадлежит тросу, выдержавшему нагрузку вплоть до 0,72 т.

В этих соревнованиях не принимает участие компания Liftport Group, получившая известность благодаря своим заявлениям запустить космический лифт в 2020 году (позднее этот срок был перенесён на 2031 год). Liftport проводит собственные эксперименты, так в 2006 году роботизированный подъёмник взбирался по прочному канату, натянутому с помощью воздушных шаров. Из 1,5 км подъёмнику удалось пройти путь в 460 м. В августе-сентябре 2012 года компания запустила проект по сбору средств на новые эксперименты с подъёмником на сайте Kickstarter. В зависимости от собранной суммы планируется подъём робота на 2 или более км[13].

В LiftPort Group также заявляли о готовности построить экспериментальный космический лифт на Луне, на базе уже существующих технологий. Президент компании Майкл Лэйн утверждает, что на создание такого лифта может уйти восемь лет. Внимание к проекту заставило компанию поставить новую цель — подготовку проекта и сбор дополнительных средств на начало технико-экономического обоснования так называемого «лунного лифта». По словам Лэйна, сооружение такого лифта займет один год и обойдется в 3 млн $. На проект LiftGroup уже обратили внимание специалисты NASA. Майкл Лэйн сотрудничал с космическим ведомством США, работая над проектом космического лифта.

На соревнованиях Space Elevator Games с 4 по 6 ноября 2009 года прошло состязание, организованное Spaceward Foundation и NASA, в Южной Калифорнии, на территории центра Драйдена (Dryden Flight Research Center), в границах знаменитой авиабазы Эдвардс. Зачётная длина троса составила 900 м, трос был поднят при помощи вертолёта. Лидерство заняла компания LaserMotive представившая подъёмник со скоростью 3,95 м/с, что очень близко к требуемой скорости. Всю длину троса лифт преодолел за 3 мин. 49 с, на себе лифт нес полезную нагрузку 0,4 кг.[14].

В августе 2010 года компания LaserMotive провела демонстрацию своего последнего изобретения на AUVSI Unmanned Systems Conference в Денвере, штат Колорадо. Новый вид лазера поможет более экономично передавать энергию на большие расстояния, лазер потребляет всего несколько ватт.[15][16]

В феврале 2012 года строительная корпорация «Обаяши» (Япония) объявила о планах по созданию космического лифта к 2050 году посредством использования углеродных нанотрубок.[17]

В сентябре 2020 год Япония объявила о планах запустить в космос прототип троса для проверки технологии космического лифта. Кабина размером 6х3х3см будет перемещаться по 10-метровому кабелю, натянутому в космосе между двумя мини-спутниками. Запуск мини-спутников JAXA планирует осуществить в сентябре 2020 года с острова Танэгасима на ракете H-2B[18]. 22 сентября 2020 в 20:52 по Москве, запуск ракеты с мини-спутниками на борту был благополучно осуществлен[19].

Алмазные нити

На данный момент самым подходящим материалом для троса можно считать углеродные нанотрубки, созданные в лабораторных условиях в 1991 г. Эти цилиндрические структуры имеют предел прочности на разрыв в 63 гигапаскаля, то есть они примерно в 13 раз прочнее самой прочной стали.

Максимально достижимая длина таких нанотрубок постоянно увеличивается — в 2013 г. китайским ученым удалось довести ее до полуметра. Авторы доклада IAA прогнозируют, что к 2022 г. будет достигнута длина в километр, а к 2030 гг. можно будет создавать нанотрубки подходящей длины для использования в космическом лифте.

Тем временем в сентябре прошлого года появился новый сверхпрочный материал: в статье, опубликованной в научном журнале по материаловедению Nature Materials, группа ученых под руководством профессора химии Джона Бэддинга из Университета штата Пенсильвания сообщила о получении в лаборатории супертонких «алмазных нанонитей», которые могут оказаться даже прочнее, чем углеродные нанотрубки.

Ученые сжали жидкий бензол под давлением, превышающим атмосферное в 200 000 раз. Затем давление медленно понизили, и оказалось, что атомы бензола перегруппировались, создав высокоупорядоченную структуру из пирамидальных тетраэдров.

В результате образовались супертонкие нити, очень напоминающие по структуре алмаз. Хотя напрямую измерить их прочность невозможно из-за сверхмалых размеров, теоретические расчеты указывают на то, что эти нити могут оказаться более прочными, чем самые прочные из существующих синтетических материалов.

Лифт на орбиту: правда и вымысел

О башне, уходящей в небо, мечтали многие поколения землян. Самый известный подобный проект — Вавилонская башня, увековеченная в Библии. А космический лифт придумал ленинградский инженер Юрий Арцутанов. Он описал свой проект в газете «Комсомольская правда» 31 июля 1960 года. Статья называлась «В космос на электровозе». Но мировую известность идея обрела в 1978 году, с выходом романа Артура Кларка «Фонтаны рая». В предисловии к русскому изданию романа в журнале «Техника — молодежи» Кларк признал первенство советского ученого. Сегодня, когда космический лифт перестал быть научной фантастикой и перешел в разряд перспективных проектов, интересно сравнить, каким представлял себе лифт Кларк и каким его видят современные ученые и инженеры.

Борьба с весом

Главной проблемой Кларк считал создание материала, достаточно прочного, чтобы выдержать всю конструкцию. Он придумал сверхпрочный «псевдоодномерный алмазный кристалл». Его герой, инженер Морган, говорит: «Это результат 200-летнего развития физики твердого тела — псевдоодномерный алмазный кристалл. Правда, это не абсолютно чистый углерод, тут есть дозированные микровключения некоторых элементов. Массовое производство таких нитей возможно лишь на орбитальных промышленных комплексах, где нет тяжести, мешающей росту кристалла».

Современные ученые ломают голову над той же проблемой. Башня из стали не выдержит собственного веса при высоте около 5 км, из алюминия — 15 км, из соединения углерода и эпоксидной смолы — 115 км и т. д. Главная проблема при работе с такими материалами заключается в том, что они гораздо лучше противостоят растяжению, нежели сжатию. Это хорошо известно строителям небоскребов, и их опыт подсказывает решение: нужно, чтобы конструкция была сжата, тогда как материалы, удерживающие ее на месте, будут постоянно испытывать силы растяжения.

Плавучая супербашня

Где расположить основание башни — тоже серьезная проблема. Очевидно, что место должно находиться на экваторе. Однако есть множество других, часто взаимоисключающих, факторов: местность должна быть гористой, но сейсмическая активность — невысокой, там недопустимы ураганы и сильные ветра. Дополнительной проблемой является то, что на экваторе очень мало суши. Кларк сделал прекрасный выбор: придуманный им остров Тапробани, практически идентичный его любимому острову Шри-Ланка (бывший Цейлон), удовлетворяет практически всем параметрам. Правда, ему пришлось удвоить высоту Священной горы, сделав ее пятикилометровой. Современный подход более гибкий — предполагается создать плавучую платформу. Это дает целый ряд преимуществ: можно строить где угодно на экваторе, а не только там, где есть суша, при необходимости местоположение конструкции можно корректировать и т. д.

Наука

Парад планет 2020: что, где, когда, как и почему?

В космос за несколько долларов

У Кларка лифт представлял собой конструкцию на базе четырех лент, очень тонких, шириной 5 см, которые крепились к вершине горы на острове Тапробани на высоте 5 км. Сейчас предполагается, что основанием лифта будет башня высотой 20 км, к вершине которой будет крепиться космический трос.

В остальном описание Кларка вполне современно. «Капсулы для пассажиров, грузов и топлива будут двигаться вверх и вниз по трубам со скоростью несколько сотен километров в час. Поскольку 90% энергии будет возвращаться в систему, стоимость перевозки одного пассажира не превысит нескольких долларов. Ведь при спуске капсулы на Землю ее электродвигатели действуют как магнитные тормоза, генерирующие электричество.

В отличие от космических кораблей, такая капсула не расходует энергию на нагрев атмосферы и создание ударных волн, ее энергия будет возвращаться в систему. Электропоезда, идущие вниз, будут помогать поездам, идущим вверх. По самым скромным подсчетам, лифт в сто раз экономичнее любой ракеты».

Доживем!

В полном соответствии с описанным в романе, сегодня существует и армия скептиков. Однако оптимисты утверждают, что египетские пирамиды массивнее предлагаемой конструкции, а ее протяженность значительно меньше, чем суммарная длина американских скоростных шоссе.

Тема лифта постоянно привлекает внимание ученых. Известное событие — конференция в Сиэтле, штат Вашингтон, которую много лет назад провела компания High Lift Systems. За ее спиной стоит NASA, вложившее в проект более 500 млн долларов. Предполагаемая цена подобного проекта тогда оценивалась в 10 млрд долларов США.

Снижение рисков

«Если мы научимся создавать алмазные нанонити или углеродные нанотрубки необходимой длины и с необходимыми качествами, можно быть практически уверенным в том, что они окажутся достаточно прочными для использования в космическом лифте», — говорит Бэддинг.

Впрочем, даже если удастся найти подходящий материал для троса, собрать конструкцию будет весьма непросто. Вероятнее всего, возникнут и трудности, связанные с обеспечением безопасности проекта, необходимого финансирования и грамотного разведения конкурирующих интересов. Однако Суона это не останавливает.

Правообладатель иллюстрации Nasa Image caption Так или иначе, человечество стремится в космос и готово тратить на это большие деньги

«Разумеется, мы столкнемся с большими сложностями, но проблемы приходилось решать и при строительстве первой трансконтинентальной железной дороги [в США], и при прокладке Панамского и Суэцкого каналов, — говорит он. — Потребуется много времени и денег, но, как и в случае с любым крупным проектом, просто нужно решать проблемы по мере их возникновения, одновременно с этим постепенно снижая возможные риски».

Даже Элон Маск не готов категорически отмести возможность создания космического лифта. «Не думаю, что на сегодня эта идея реализуема, но если кто-то сможет доказать обратное, будет здорово», — сказал он на прошлогодней конференции в Массачусеттском технологическом институте.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Космический лифт: фантазии или реальность?

Идея создания космического лифта упоминалась в научно-фантастических произведениях британского писателя Артура Чарльза Кларка еще в 1979 году. Он писал в своих романах, что абсолютно уверен в том, что однажды такой лифт будет построен.

Но первым человеком, кому пришла в голову такая странная идея, был русский инженер и основоположник российской космонавтики Константин Эдуардович Циолковский. Вдохновленный постройкой Эйфелевой башни, он предложил построить еще более высокую башню несколько тысяч километров в высоту. Циолковский предлагал заселить космическое пространство с использованием орбитальных станций, выдвинул идеи космического лифта и поездов на воздушной подушке.

Космический лифт – это звучит фантастично. Но люди в ХIХ веке также не смогли бы поверить в появление таких технических достижений, как самолет или космический корабль. Строительная корпорация «Обаяси» в Японии уже занимается разработкой технической документации для подготовки строительства космического лифта. Стоимость проекта составляет 12 млрд долларов. Строительство объекта будет завершено в 2050 году.

Потенциальная польза от применения космических лифтов достаточно высока. Все дело в том, что преодоление земного притяжения с помощью реактивной тяги нецелесообразно. Например, чтобы запустить «Шаттл» всего один раз, требуется потратить 500 млн долларов, поэтому запуски традиционных ракет-носителей станут экономически невыгодными.

Космический лифт состоит из трех основных частей: основание, трос и противовес.

Массивная платформа в океане, представляющая основание лифта, будет удерживать один конец троса из углеродистого волокна, на конце которого расположится противовес – тяжелый объект, который будет играть роль спутника, вращающегося вслед за нашей планетой и удерживаемый на орбите за счет центробежной силы. Именно по этому тросу, протянутому в небо на высоту до ста тысяч километров, и будут подниматься в космос грузы.

Чтобы доставить килограмм груза в космос с помощью ракеты, уходит до 15 тысяч долларов. Японцы подсчитали, что для доставки на орбиту груза с таким же весом они потратят… 100 долларов

Космический лифт – это тщательно проработанная идея. Например, подсчитано, что трос нельзя делать из стали. Он просто порвется под тяжестью своего веса. Материал должен быть в 90 раз прочнее и в 10 раз легче стали.

В качестве тросов инженеры собирались использовать углеродные нанотрубки, но выяснилось, что из такого материала невозможно сплести тросы большой длины.

Совсем недавно появилось изобретение, которое может, наконец, сделать фантазии о космическом лифте реальностью. Команда исследователей во главе с Джоном Баддингом из университета Пенсильвании создала ультратонкие нанонити из микроскопических алмазов, которые по прочности существенно превосходят нанотрубки и полимерные волокна.

Токийское небесное дерево — телевизионная башня в районе Сумида, самая высокая среди телебашен мира.

Руководитель научно-исследовательского подразделения Йоджи Ишикава считает, что ноу-хау университета Пенсильвании действительно способно приблизить человечество к космосу. Он говорит, что новый материал, разумеется, должен пройти ряд испытаний на прочность, но, похоже, это именно то, что так долго искали он и его коллеги.

уже построила скоростные лифты для телевизионной башни высотой около 635 метров

НАСА сейчас также вплотную занимается секретной разработкой космолифта. В перспективе появится возможность доставки на орбиту частей гигантских межпланетных кораблей и их сборки в космосе. Такой проект можно реализовать только при помощи космолифта.

Но самое главное – государство, который первым построит космический лифт, на долгие столетия монополизирует сферу космических грузоперевозок.

Иллюстрация к научно – фантастическому роману Кима Стэнли Робинсона «Зеленый Марс» с изображением космического лифта, установленного на Марсе.

Источник