![STARS-Me [Shizuoka University], прототип космического лифта](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/1584893/pub_5e430319a946de2f8afac892_5e430331338f3513f5ea0532/scale_1200)
Мне всегда нравилась эта концепция из времен космической романтики, поэтому я решил посмотреть state-of-art, так сказать. Недолгие поиски дали мне две статьи, которые я позволю себе кратко пересказать.
Немного истории. Автором идеи является К.Э. Циолковский, а дальнейшая разработка концепции принадлежит Ю.Н. Арцутанову. Основные тезисы звучат так:
1. Трос одним концом крепится к поверхности Земли, другой конец с противовесом удерживается в неподвижной относительно планеты точке выше геостационарной орбиты (орбита, когда спутник постоянно висит над одной точкой поверхности Земли) благодаря центробежной силе.
2. По тросу перемещается подъемник с полезной нагрузкой или пассажирами, дополнительно ускоряемый за счет вращения Земли.
Уже сейчас понятно, что основной частью конструкции будет трос, требования к которому весьма велики. Очевидно, что трос будет очень длинным, геостационарная орбита пролегает на высоте более 35000 километров над Землей, поэтому предел прочности троса должен быть очень высок. Кроме того ясно, что трос должен быть по возможности легким, чтобы не было его обрыва под собственным весом. Оценки показывают, что лифт будет экономически оправдан, если будет возможен трос с прочностью около 65-120 ГПа. На текущий момент таких материалов нет, сколько-нибудь близко к таким показателям по прочности подходят нанотрубки. Считается, что прочность нанотрубки может составлять более 120 ГПа, но пока удается создать нанотрубки с прочностью в диапазоне 30-50 ГПа. При этом сплетенный из нанотрубок трос будет менее прочным, нежели сами трубки. Еще один интересный вариант прорабатывают в Технологическом университете Сиднея. Там создана графеновая бумага, плотность которой в 5-6 раз ниже, чем у стали, а прочность в 10 раз выше, чем у углеродистой стали. К тому же графен хорошо проводит электрический ток, что позволяет использовать его в качестве контактной шины для подъемного механизма.
Альтернативу гибкому тросу предложили в Канадской космической и оборонной компании Thoth Technology. Концепция предусматривает постройку башни, которая сохраняет жёсткость благодаря сжатому газу и имеет высоту порядка 200 км. Такая высота обеспечивает прямой доступ к низкой околоземной орбите (для сравнения, высота орбиты МКС около 400 км) и экономию до 30% топлива, по сравнению с существующими ракетами.
Существует устоявшаяся критика концепции космического лифта. Ключевой тезис я уже упомянул – отсутствие подходящего материала для троса. Во-вторых, гибкий трос будет изгибаться под действием непредсказуемых порывов солнечного ветра, например, что отрицательно скажется на стабильности лифта. Такая проблема решаема с помощью стабилизирующих микродвигателей, но пока непонятно, как это может выглядеть технически. В-третьих, трос и подъемники неподвижны относительно поверхности Земли, но по отношению к центру Земли они будут двигаться со скоростью 1700 км/ч на поверхности и 10000 км/ч на орбите. Подъемник разгоняется в перпендикулярном тросу направлении, из-за чего трос будет раскачиваться подобно маятнику. Одновременно с этим возникает сила, пытающаяся оторвать трос от Земли и обратно пропорциональная величине прогиба троса, прямо пропорциональная скорости подъема груза и его массе. Таким образом, сила Кориолиса мешает быстро поднимать грузы на геостационарную орбиту. С силой Кориолиса можно бороться, запуская одновременно подъемники с Земли и с орбиты, однако, одновременное движение двух грузов будет дополнительно растягивать трос. Причем такая сила действовать будет не только в случае движения груза, но и на незагруженный лифт. И последнее – большой помехой является огромное количество космического мусора и работающих спутников, с которыми может столкнуться система. Из-за неподвижности троса любое вращающееся вокруг Земли тело рано или поздно с ним столкнётся со скоростью практически равной скорости вращения, так что трос будет неминуемо регулярно повреждаться. При этом из-за неподвижности и длины троса столкновения будут частыми.
Тем не менее, работы ведутся. Например, в сентябре 2018 на орбиту был запущен 10-тиметровый прототип тросовой системы STARS-Me, созданой учеными из Университета Сидзуока совместно с корпорацией Obayashi, в которой кабина перемещается по кабелю, натянутому в космосе между двумя спутниками.
Стоит упомянуть еще один интересный концепт, идея которого напрямую родилась из идеи космического лифта. Это концепт межпланетных перемещений с помощью тросовых систем. Например, проект The Spaceline описывает возможную систему, связывающую Землю и Луну. В основе концепции лежит тот факт, что Луна всегда смотрит на Землю одной своей стороной. Если закрепить трос на поверхности Луны, то в отличие от космического лифта собственный вес троса на Луне будет существенно меньше, а значит, для создания подходящего троса вполне достаточно современных технологий. Кроме того, на трос в незагруженном состоянии не будет действовать сила Кориолиса, а при перемещении грузов ее проще будет компенсировать. Натяжение троса будет обеспечиваться гравитационным притяжением со стороны Луны и Земли. При этом земной конец предполагается оставить на высоте геостационарной орбиты, чтобы избежать проблем с натяжением и весом троса, а доставка грузов к Луне предполагается в два этапа – путешествие от поверхности Земли к The Spaceline с последующим скольжением вдоль нее к Луне.
Хочу заметить, что существует еще множество интересных проектов, спасибо безграничной человеческой фантазии.
1. В.Д. Шкилев, А.П. Коржавый, Н.Д. Рейхерт. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПАТЕНТОВ ПО БЕЗРАКЕТНОМУ ЗАПУСКУ ГРУЗОВ И ПАССАЖИРОВ В КОСМОС. Электронный журнал: наука, техника и образование (ISSN 2413-6220)
2. Zephyr Penoyre, Emily Sandford. The Spaceline: a practical space elevator alternative achievable with current technology. arXiv:1908.09339v1
