Многим из нас хочется легко перемещаться между Землёй и космическим объектами: Луной, орбитальными станциями, Марсом и т.д. Но космические корабли - это очень дорого и энергозатратно. По крайней мере, по меркам простых людей. Так какая же есть альтернатива ракетам? Телепортация с Земли на Луну? Но это уже совсем фантастическая идея. Нам бы что-то более реалистичное. Точно! А что, если полететь в космос на... лифте? Давайте рассмотрим, как это вообще должно выглядеть и каким образом такое можно реализовать.
Впервые идею космического лифта высказал основоположник теоретической космонавтики — Константин Эдуардович Циолковский, когда увидел Эйфелеву башню. Тогда он представлял это средство передвижения как обычный лифт, расположенный в шахте внутри невероятно высокой башни. К сегодняшнему дню концепция было значительно доработана и видоизменена. Наиболее популярная концепция космического лифта состоит из четырех основных частей и представляется в следующем виде.
Дабы лифт был более устойчивым и с меньшей вероятностью переломился, необходимо сделать его не большой металлической башней, а тросом, протянутым с Земли в космос, по которому будут перемещаться предполагаемые грузы, либо пассажиры.
Самая нижняя часть космического лифта - его основание. По идее, оно должно располагаться на поверхности Земли, к основанию крепится трос,
и именно оттуда стартует подъём груза или пассажиров. Основание может быть либо передвижным, либо неподвижным. Подвижное основание, к примеру, установленное на морском судне, позволяет снизить риск, уклоняя трос от бурь и ураганов. Но, тем не менее, неподвижное, закреплённое на земле основание обойдется значительно дешевле, по причине уменьшения длины троса и более простого доступа к источнику энергии.
Также важна такая часть конструкции, как сам трос, вдоль которого будет происходить перемещение подъемников. Его конец должен проходить через геостационарную орбиту, находясь на которой, любой объект обращается вокруг Земли с той же угловой скоростью, что и сама планета вокруг своей оси. Таким образом колебания троса будут минимальны. Толщина троса должна быть неоднородна, так как в каждой его части нагрузка разнится. То есть ближе к поверхности планеты конструкция будет должна выдерживать свой собственный вес (а также вес подъемников с грузом), тогда как ближе к орбите трос вынужден уравновешивать центробежную силу, направленную к нему от Земли.
Также для космического лифта нам нужен противовес. Он необходим, чтобы было какое-то натяжение троса. Хотя вообще теоретически его можно будет использовать также для удаленного запуска кораблей и космических грузов на другие планеты. Противовес должен располагаться за геостационарной орбитой на высоте более чем в 144 тыс. км, и представлять собой любой тяжелый объект, например, астероид или даже космический док. Если с поверхности Земли по тросу будет свободно двигаться космический аппарат, то он сможет набрать скорость, достаточную для того, чтобы выйти за пределы Солнечной системы.
Но для троса нужно высокое значение отношения его прочности к удельной плотности. В цифрах, требуемая плотность троса должна быть близка к плотности графита (2,23 г/ см3), а прочность в диапазоне 65-120 гигапаскалей. К сожалению, по сравнению с этой цифрой, прочность известных нам материалов в разы меньше. Так, например, прочность стали – 1-5 ГПа, кевлара 2,6—4,1 ГПа, кварцевого волокна около 20 ГПа. На сегодня, наиболее вероятным претендентом на роль материала для троса выступают углеродные нанотрубки. Теоретически их прочность может превышать даже 120 ГПа, однако в проведенных экспериментах нанотрубки лопались в среднем при нагрузке 30-50 ГПа. Хотя американским ученым из Университета Южной Калифорнии удалось достигнуть прочности в 98,9 ГПа, все же в эксперименте использовались однослойные нанотрубки длиною в 195 мкм. Сплетенный же с нанотрубок трос будет иметь прочность заметно ниже, чем сами нанотрубки.
Но как проводить электрический ток на огромную высоту, чтобы движение кабинки было непрерывным? Для этого обычные провода будут малоэффективны. Нам понадобится специальная шина из материала, хорошо проводящего электричество. Но из какого материала её можно сделать? На эту роль вполне подходит графеновая бумага, вроде той, что была недавно создана в Австралии, в Сиднейском Технологическом университете. Диагональ таких листов графена достигает уже сегодня несколько десятков сантиметров.
Но нюанс также в том, что вывод даже на очень на низкую околоземную орбиту одной тонны груза потребует мощность до десятков гигаватт. Для сравнения, крупнейшая в мире АЭС (Касивадзаки-Карива, Япония) выдает мощность 8,2 ГВТ, один из самых мощных реактивных двигателей, советский РД-170 – 14,7 ГВт.
Так что можно сказать, что на данный момент реализовать идею космического лифта реально очень и очень сложно. Во многом из-за отсутствия некоторых требуемых технологий, таких как материалы, инструменты и методы. Кроме того, проект потребует немалые финансовые затраты и значительные человеческие ресурсы. Вероятность скорой постройки данной конструкции возрастет в случае скооперированной работы ряда развитых государств.
Однако, следует отметить, что ежегодно совершаемые научные открытия в этой области с каждым разом все больше приближают нас к реализации такого амбициозного и масштабного проекта, как космический лифт.
Автор статьи: Viggo Jackson
#космос #наука #технологии #изобретения #космонавтика