Ещё столетие назад Константин Циолковский, которого мы больше помним как визионера ракетной космонавтики, предполагал, что попасть в космос будет можно без всяких ракет: для этого достаточно построить очень высокую башню. Башню строить не стали, и в космос полетели ракеты. Но идея не умерла — в начале ноября 2009 года первый робот-подъёмник смог подняться на высоту 1 км за 4,02 минуты.
Материал опубликован на портале "Частный корреспондент".
В 1895 году Циолковского вдохновила парижская Эйфелева башня. Если сделать её повыше, на 35 790 километров, то до «небесного замка» на этой высоте можно будет подняться, не используя реактивного движения и не расходуя топлива. Развитие техники внесло свои коррективы — запустить ракету в космос оказалось проще. Теперь это занятие доступно не только государствам, но даже частным компаниям. Идея была явно более сумасшедшей, чем концепция ракетного движения, — материалов, которые смогли бы выдержать такую конструкцию, не создано до сих пор. Однако идея не только не пропала, но даже получила развитие.
Новую жизнь в неё вдохнул другой наш соотечественник, Юрий Арцутанов, предположивший 1960 году, что неторопливой переправке грузов на орбиту может помочь не башня, а сверхпрочный трос, один конец которого привязан к Земле в районе экватора, а другой закреплён на орбитальной станции. Вот по этому тросу и ездит в космос, не слишком торопясь — летать со второй космической скоростью в этой конструкции вовсе не нужно, — лифт. Тратить энергию ему приходится только до высоты геостационарной орбиты — выше центробежная сила превысит силу тяготения и лифту придётся даже тормозить, чтобы не оторваться от троса.
Вряд ли Артур Кларк знал о статье, опубликованной в советской «Комсомольской правде», но в 1978 году вышел роман Кларка «Фонтаны рая», сюжет которого развёртывается вокруг строительства как раз такого космического подъёмника. Идея космического лифта пришлась по душе инженерам, хотя бы и в виде фантастического проекта, поскольку стоимость (если вычесть расходы на строительство всей этой грандиозной конструкции) подъёма на орбиту грузов получилась бы крайне низкой, что позволило бы приступить к созданию на орбите промышленных комплексов. Главным препятствием, однако, стало то же, что и у Циолковского, — материал для троса, который должен выдерживать гигантское напряжение (не менее 130 ГПа, то есть вес в 130 тонн при сечении в 1 кв. мм), до 1990-х годов было трудно себе представить.
А в 90-х годах прошлого века были открыты углеродные нанотрубки, специфическая форма углерода, обладающая необычными электромеханическими свойствами. Одна из разновидностей таких нанотрубок — многослойная — оказалась способна выдерживать напряжение в 63 ГПа, а теоретически — до 150 ГПа.
Прочность материала троса, впрочем, не единственная проблема, которую должны будут решить разработчики такого лифта. Трос будет проходить через атмосферу, а значит, всегда останется опасность воздействия сильного ветра или урагана, с которыми придётся что-то делать. На сам подъёмник, несущий груз, помимо гравитации и центробежной силы, будет действовать ещё и сила Кориолиса, которую также нужно будет компенсировать. Наконец, механизм подъёмника нуждается в энергии: дополнительный провод — это дополнительный вес, аккумуляторы — тоже, поэтому питание к моторам лифта необходимо подводить беспроводным способом, например мощным лазером.
Решение всех этих проблем, конечно, дело не самого ближайшего будущего, однако конкретные инженерные разработки уже начались. В США, в частности, при государственной поддержке. Американское авиакосмическое агентство НАСА при участии фонда Spaceward уже несколько лет организует конкурс команд разработчиков технологий, необходимых для создания космических лифтов. Условия пока далеки от реальных: нужно создать устройство, которое сможет подняться по тросу на высоту всего 1 км (трос удерживается в воздухе вертолётом), однако скорость подъёма «лифта» должна быть больше 2 м/с. Призовой фонд, который организаторы готовы раздать за успешные разработки, довольно значителен: самую большую награду — 1 млн 100 тыс. долларов — получит та команда разработчиков, которая сможет создать устройство, которое поднимется по тросу на высоту 1 км со скоростью больше 5 м/с. Чуть меньшие деньги — 900 тыс. долларов — по условиям присуждаются тем разработчикам, чей лифт преодолеет высоту со скоростью не менее 2 м/с.
На протяжении последних лет несколько групп инженеров и изобретателей пытались добиться желаемых результатов. И в начале ноября 2009 года впервые мини-подъёмник с первой попытки смог подняться на высоту 1 км за 4,02 минуты. Приз в 900 тыс. долларов получит небольшая компания-стартап из Сиэтла LaserMotive, которой удалось сконструировать это устройство.
В соревнованиях приняли участие три команды разработчиков, чьи механизмы были сделаны на сходных принципах: мощный лазер, установленный на земле, посылал энергию на панели элементов взбирающегося по тросу лифта. Пятикилограммовый лифт LaserMotive сумел преодолеть высоту за 242 секунды. Вторая попытка была успешней — высота покорилась за 241 секунду. Впрочем, даже при третьей попытке (228 секунд) устройству не удалось достичь нужной для главного приза скорости в 5 м/с. В последний день соревнований, 6 ноября 2009 года, разработчики переборщили с мощностью лазеров и часть фотоэлектронных элементов лифта выгорела. Впрочем, другим участникам соревнований — команде Университета Саскачевана и «Космическим пиратам из Канзас-Сити» — не удалось заставить свои лифты подняться даже на всю километровую высоту.
Основатели LaserMotive Томас Наджент и Джордин Кэр не склонны относить себя к фанатам космоса. Они считают, что космический лифт не будет построен ни завтра, ни через год. Но технология, которую они используют, имеет вполне серьёзные коммерческие перспективы, поскольку сможет пригодиться, к примеру, для дистанционной передачи энергии небольшим автоматическим летательным аппаратам.
Но для проекта космического лифта успех маленькой фирмы значит достаточно много: практически доказана реализуемость идеи. Особенность концепции лифта состоит в том, что технологии, которые необходимы для его строительства, не нужно создавать специально. Во всём мире и без всякого космического лифта идёт разработка сверхпрочных материалов (и с использованием нанотехнологий, в частности), совершенствуются лазеры и т.д. Задачей будущих его строителей будет собрать воедино весь комплекс технологий. А что касается денег… Представители Японской ассоциации космического лифта, например, считают, что с этим может справиться даже одна страна и обойдётся это примерно в 10 млрд долларов. Не так уж и много для космической программы, которая может сделать переправку в космос такой же простой, как подъём в лифте на верхний этаж. Кто знает, не начнётся ли в один прекрасный момент новая космическая гонка. И лестницы на небеса протянутся из разных стран. Даже если и так, то выиграет от этого всё человечество.
Автор: Владимир Харитонов, "Частный корреспондент".