Что такое космический лифт и чем он так хорош вы наверное уже знаете или прочитали в предыдущей статье (ссылка ниже).
Остаётся только непонятно, почему мы до сих пор летаем на горящих бочках с бензином и водородом, то есть на ракетах? Где же этот самый «космический лифт» и почему не слышно о его постройке.
Итак, коротко посмотрим на проблемы, не слишком в них углубляясь.
Главная проблема - материал троса.
Чем длиннее трос, тем он тяжелее. Когда вы начинаете опускать его вниз, то растёт вес свешенной части. Каждый новый отмотанный метр троса несёт на себе вес всех предыдущих размотанных метров.
Этот вес растёт до тех пор, пока трос просто не отрывается от разматывающейся катушки.
Хорошо, ну а сколько конкретно нужно отмотать? Это просто - высота геостационарной орбиты - 35 786 км.
Мда... это же примерно полтора экватора Земли. Мало того, что вес троса будет астрономическим, так ещё и материала сколько нужно...
Если делать трос переменной длины, постепенно его увеличивая, то и это не выход - очень быстро его толщина становится неимоверно большой.
Но, не всё так плохо. Чем дальше от Земли, тем трос весит всё меньше. Фактически, загвоздка в первых сотнях километров - выше вес троса уже относительно невелик.
В Сети нашлись данные о необходимой прочности материала троса для космического лифта - не менее 120 ГПа на растяжение.
Это базовая цифра - запомним.
Вот и возьмём 120 ГПа для опытной модели - хочется увидеть рабочую установку ещё при нашей жизни, правда? При этом не забываем, что реально рабочий трос должен быть гораздо крепче. И посмотрим какими материалами мы сейчас обладаем.
Первое что приходит в голову - стальной трос. Увы, прочность на разрыв самой крепкой стали - 5ГПа. Даже говорить не о чем... Особенно, если вспомнить о высоком весе стали. Где-то встречалось, что трос рвётся при длине километров 60 (как считали не уточняем, но порядок цифр примерно такой).
Тогда, смотрим на синтетические волокна. Кевлар - лёгок и крепок. Но, у него не более 4ГПа. Мда, удручающая картина вырисовывается...
Наконец, смотрим на углеродные нанотрубки. Сейчас о них в материаловедении только ленивый не говорит. И действительно, их прочность на разрыв впечатлила - 30-50 ГПа! Это рост в 10 раз - впечатляющий прорыв. Но, для космического лифта всё равно мало - нужно ещё в 4 раза крепче.
На самом деле, никто и не ожидает, что это будет одна-единственная нанотрубка. Предполагается, что отдельные волокна невидимых глазу нанотрубок будут сплетать в микроскопические верёвки, которые в свою очередь так же будут сплетаться между собой. При достижении определённой толщины мы получим уже вполне длинный трос нужной прочности.
Реальная проблема состоит в длине исходных нанотрубок. Пока они слишком короткие, чтобы их можно было начать сплетать. Кроме того, сама технология плетения не разработана. Впрочем, как её разработаешь, если плести пока нечего...
Кроме того, при попытке сплести нанотрубки, получаемые "микроверёвочки" обладали не такими впечатляющими характеристиками, какие обещает теория...
Но, учёные работают - спрос на нанотрубки очень большой во многих отраслях науки и техники. Тот, кто первым реально продвинется - заработает огромные деньги.
Поскольку сейчас интерес к космическому лифту сильно снизился по причине отсутствия материалов, а нанотрубками во всём мире занимаются серьёзно и упорно, может получится очень интересный эффект...
Идея космического лифта может выстрелить совершенно неожиданно для всех - если материаловеды справятся с нанотрубками.
Ещё «вчера» это было на уровне разговоров, а проснувшись «сегодня», весь мир вдруг обнаружит, что препятствий больше нет - нужно просто брать и строить!
О нанотрубках заговорили в 1989 году, прошло 40 лет, а воз и ныне там. Что-то подсказывает, что в этом направлении "ловить" нечего.
Вторая проблема - отклонения троса.
При длине в 35 с гаком тысяч километров, любое ослабление троса ведёт к огромным отклонениям от вертикали. В целом понятно, что без компьютерного управления натяжением не обойтись.
С другой стороны, обычно станцию размещают за пределами геостационарной орбиты - в этом случае трос всегда натянут.
Не забудем и о силе Кориолиса, которая будет отклонять трос по мере подъёма и опускания кабины. Частично это можно компенсировать одновременным движением кабин сверху и снизу навстречу друг другу.
Третья проблема - доставка энергии к движущейся капсуле
На самом деле это второстепенная проблема, но пока всё что придумано - лазерный луч. Причём, им надо исключительно точно попасть в саму капсулу и не повредить трос.
На самом деле, при испытаниях можно обойтись и без такой экзотики, но потом это станет проблемой. Остаётся надеяться, что к тому времени инженеры что-то придумают. Например, сейчас вплотную подошли к испытаниям ядерной установки для нужд космоса. Так что задел есть.
Четвёртую проблему породили сами люди
Это космический мусор - его в околоземном пространстве уже так много, что по некоторым расчётам опасность повреждения троса будет возникать причмерно раз в 14 часов.
Вот это как это решить - вообще непонятно. Разве что флотилия кораблей-охранников...
Пятая - шторма и бури на Земле
Чтобы штормовые ветра не повредили трос из-за парусности, его наземный конец предлагается крепить на плавучей океанской платформе, которая может заблаговременно уводить трос от надвигающихся штормов и ураганов.
Решение спорное - возникают два дополнительных транспортных звена в виде самой платформы и транспортных кораблей.
Остальные проблемы тоже есть, но они имеют уже меньшее значение.
Что можно сказать в заключение? При всей очевидной выгоде, в ближайшие годы мы не увидим действующей модели космического лифта. Но, это не значит, что идея умерла - просто для неё ещё не созрели условия. Развитие техники вполне может привести к тому, что многие сложны сегодня проблемы завтра окажутся вполне решаемыми.
Когда-то и космические ракеты вызывали только смех, настолько нелепой казалась мысль летать на пустотелых бамбуковых палках с порохом - именно так представляли себе ракеты на рубеже веков и именно это говорили К. Э. Циолковскому.
А, Вы что думаете? Есть что добавить?
Если понравилась статья, то ставьте палец вверх и подписывайтесь на мой канал - здесь ещё много интересного!