За таким вульгарным каламбуром мы скрыли простую мысль: космический лифт в классическом прочтении - лишь гипотеза, и вероятнее всего, не будет реализован никогда. Давайте проговорим основные проблемы.
Космический лифт - это концепция о механическом подъëмнике, который простирается от поверхности Земли до геостационарной орбиты, предоставляя возможность для непрерывной транспортировки грузов в космос без необходимости использования ракет. Он представляет собой огромный кабель, закреплëнный на Земле, простирающийся на 38 тысяч километров в космос, на другом конце которого находится контргруз для устойчивости конструкции.
Однако, несмотря на множество научно-популярных статей, утверждающих, что космический лифт является технологической возможностью ближайшего будущего, реальность обстоит совершенно иначе. Проблемы, связанные с производством материалов, необходимых для его создания, масштабами проекта, техническими сложностями и экономическими затратами, делают его в настоящее время недостижимым. Это нетривиальная технологическая задача, которая требует значительных научных и инженерных прорывов для своей реализации.
Масштабы:
Строительство космического лифта требует невероятных объëмов материалов и продолжительного времени на реализацию. Самое большое препятствие состоит в том, что кабель лифта должен быть невероятно прочным, но при этом легким. По некоторым оценкам, он должен иметь длину как минимум 38 тысяч километров и массу в несколько десятков тысяч тонн.
(Некоторые исследователи считают, что длина кабеля должна быть в разы больше значения в 38 тыс. км, чтобы обеспечить стабильность конструкции и эффективное использование для космических полетов.)
Для создания такого кабеля потребуется огромное количество материала, состоящего из углеродных нанотрубок или иных сверхпрочных волокон.
В свете современных темпов производства, особенно трудно представить себе продолжительность строительства. Даже при самых оптимистичных оценках, строительство космического лифта может занять десятилетия или даже столетия, что намного превышает сроки классических космических программ. К тому же, потребуется не только разработать технологии, способные возвести такую конструкцию, но и обеспечить ее безопасную эксплуатацию на протяжении длительного периода времени.
Материалы:
При создании космического лифта ключевую роль играют выбранные материалы. Они должны обладать высокой прочностью, низким весом и отличной устойчивостью к воздействию космической среды.
Главными кандидатами на сегодняшний день являются графен и углеродные нанотрубки. Графен — это однослойная аллотропная форма углерода, которая обладает уникальной прочностью в 130 гигапаскалей и в то же время отличается минимальной плотностью. Углеродные нанотрубки, обладающие прочностью до 63 ГПа, также имеют потенциал для использования в проекте.
Однако производство троса из этих материалов — задача крайне непростая. Расчетная масса троса из графена или углеродных нанотрубок для космического лифта составляет порядка 7-20 тысяч тонн в зависимости от диаметра троса и точных характеристик материала, производство которого на данном этапе является крайне сложной и затратной задачей.
Мировое производство графена и углеродных нанотрубок составляет лишь несколько сотен тонн в год. При этом мы говорим о мелкодисперсных порошках, которые затем используются в составе композитных материалов. Производство метровых, не говоря уже о километровых, тросов из этих материалов на сегодняшний день является технологически нерешëнной задачей.
Создание даже метровых прутков из графена или углеродных нанотрубок — большая проблема. Существующие методы позволяют изготавливать нити и трубки длиной всего несколько миллиметров. И, несмотря на то, что они обладают высокой прочностью, соединение их в единый километровый трос представляет собой серьезную проблему.
Кроме того, стоимость производства графена и углеродных нанотрубок во много раз превышает стоимость производства традиционных материалов. Например, в то время как стальной кабель можно произвести за несколько долларов за килограмм, стоимость производства графена составляет тысячи долларов за килограмм, и цена углеродных нанотрубок может достигать десятков тысяч долларов за килограмм.
Все это показывает, что, несмотря на теоретический потенциал графена и углеродных нанотрубок, реалии их производства сегодня не позволяют говорить о возможности создания многокилометровых тросов. И перспективы развития этой технологии остаются весьма туманны.
Что касается более "традиционных" материалов, их прочностные характеристики настолько скромны, что об их применении для данной конструкции не может быть и речи.
География и политика.
Конечно, эти аспекты не относятся к самой технологии, однако политика является неотъемлемой частью жизни человечества, поэтому рассматривая фактическую возможность воплощения задумки, мы должны обратить внимание и на это.
Крепление троса космического лифта на Земле должно быть выполнено на экваторе, чтобы оптимально использовать вращение Земли для обеспечения стабильности конструкции. Однако большая часть экваториальных зон покрыта океанами, и те участки, которые находятся на суше, обычно принадлежат развивающимся странам, где инфраструктура может быть недостаточно развита для поддержки такого масштабного проекта.
Строительство базового терминала для космического лифта потенциально могло бы вызвать серьëзные политические проблемы. Контроль над таким объектом представляет собой значительную стратегическую выгоду, что может вызвать международные конфликты или даже войну. Кроме того, риски терроризма, политической нестабильности и коррупции также должны быть учтены при планировании такого проекта.
Логистические проблемы строительства в этих регионах также не могут быть недооценены. Для строительства и обслуживания терминала космического лифта потребуются массовая доставка высокотехнологичных материалов и специализированный персонал. В развивающихся странах может не хватать соответствующих инфраструктурных и транспортных сетей, что будет дополнительно усложнять процесс строительства.
Доставка троса космического лифта на орбиту Земли.
Даже при использовании самых передовых и эффективных ракет-носителей нашего времени, таких как уже эксплуатируемый Falcon Heavy компании SpaceX, стоимость доставки груза на орбиту составляет около 2700 долларов США за килограмм. И хотя, финансовую сторону вопроса позволит облегчить перспективный Starship Илона Маска, затраты могут быть всё ещё неподъёмными. Исходя из предположения, что масса кабеля космического лифта может достигать от 7 до 20 тысяч тонн (в зависимости от материала и конструкции), стоимость отправки всего этого на геостационарную орбиту может оцениваться в сотни миллиардов или даже триллионы долларов. Это превышает бюджеты самых крупных космических программ, и может оказаться финансово непосильной задачей даже для ведущих мировых держав.
Необходимость доставки троса на орбиту "по частям" также вызовет ряд проблем. Такой подход требует сложной сборки в условиях космического пространства, что вносит дополнительные технические и логистические трудности. Кроме того, каждый запуск ракеты несëт с собой риск неудачи, который увеличивается с каждым дополнительным запуском. Это добавляет дополнительные затраты на страхование и безопасность к уже и без того высоким экономическим издержкам.
Финансирование.
Существующие программы по исследованию и разработке космического лифта на данный момент демонстрируют скудные капиталовложения, которые несопоставимы с предполагаемыми затратами на внедрение этой технологии.
Одним из примеров может служить "Obayashi Corporation", японская компания, которая в 2012 году заявила о планах построить космический лифт к 2050 году. Однако, конкретные объемы финансирования этого проекта остаются неизвестными. Конкурс NASA для студентов и молодых инженеров "NASA’s Space Elevator Challenge" с призовым фондом в несколько сотен тысяч долларов также не отражает реальной картины требуемых инвестиций.
Приведëнная выше оценка стоимости в сотни миллиардов и триллионы долларов, значительно превышает текущие объемы финансирования в данной сфере и указывает на серьезные экономические препятствия на пути реализации проекта.
В сухом остатке.
В данной статье мы не затронули ещё массу проблем, связанных с физической и экономической возможностью строительства данного "чуда света". Однако, даже обозначенные нами аспекты приводят к неутешительным выводам.
Технологические, экономические, географические и политические проблемы, на которые мы указали, ставят под сомнение реальность постройки космического лифта, как минимум, в ближайшие сотни лет.
Масштаб строительства, материальные потребности, стоимость и сложность процесса изготовления и доставки троса на орбиту, не говоря уже о географических и политических препятствиях, создают множество нерешаемых проблем. Современные технологии и мировые ресурсы на данный момент не способны удовлетворить требования данного проекта.
В свете всех этих факторов можно заключить, что идея космического лифта, несмотря на её космическую привлекательность, остаётся скорее теоретической возможностью, чем практической перспективой. В настоящее время реализация данного проекта представляется маловероятной из-за невыполнимости требуемых условий в технологическом, экономическом и политическом контекстах.
В то же время, это не означает, что исследования в этом направлении должны прекратиться. Наоборот, они продолжат толкать границы нашего понимания и возможностей, и кто знает, может быть, однажды мы найдем пути преодоления этих серьёзных ограничений. Но на сегодняшний день идея космического лифта остается скорее в среде научной фантастики, чем в сфере применимых инженерных решений.