Изучение космоса – одно из самых дорогих направлений современной науки. Даже запуск ракеты требует огромных инвестиций на разработку и создание. Но даже отличная подготовка к запуску не может гарантировать стопроцентную безопасность космонавтам. Поэтому у ученых возникла идея: необходимо создать альтернативный способ попасть в космическое пространство.
Одной из самых интересных задумок считается строительство космического лифта. С одной стороны, проект находится на грани фантастики. Просто представьте: огромная трубка, по которой вверх поднимается лифт с космонавтами. Но с другой стороны, это не противоречит физическим законам. Соответствующая конструкция сможет доставить людей на орбиту плавно, безопасно и практически без загрязнения окружающей среды, в отличие от ракет, из которых выпускаются огромные объемы углекислого газа и других вредных веществ.
В этой статье я расскажу вам о том, как впервые появилась идея создать космический лифт, с какими проблемами сталкиваются ученые на этом пути, и какие наработки есть у них уже сейчас. Интересно? Ну что ж, тогда начнем.
Прямо вверх: откуда взялась идея создать космический лифт
Сегодня космический лифт – это теоретическая конструкция, благодаря которой люди смогут спокойно подниматься на геостационарную орбиту на высоту практически 36 тысяч километров. В теории это работает следующим образом: есть прочный трос, закрепленный на экваторе, по которому перемещаются специальные модули. С их помощью в космос можно доставлять как груз, так и людей.
Реализация данного проекта позволит кардинальным образом изменить космическую логистику. Такой лифт в несколько десятков раз снизит стоимость доставки грузов. Согласитесь, звучит весьма заманчиво.
Может показаться, что эта идея появилась совсем недавно, так как только сейчас есть ощущение, что человечество вышло на высокий уровень технологического развития. Но в действительно это совсем не так. Впервые о создании космического лифта заговорил еще Константин Циолковский в 1895 году. Его вдохновила Эйфелева башня. После того, как он увидел эту поражающую воображение постройку, ученый предложил построить огромную вышку, которая достанет до орбиты планеты.
О тросе он ничего не говорил, но идея о вертикальном сооружении прямиком в космос впервые прозвучала именно тогда. Затем в течение весьма длительного времени эта задумка практически не вспоминалась. Все изменилось в 1960 году, когда советский инженер Юрий Арцутанов опубликовал статью в издании «Комсомольская правда», в которой предложил спустить трос с орбиты на Землю за счет использования центробежной силы для натяжения.
Первая подробная физическая модель такой конструкции появилась в 1975 году, а ее создателем считается американский инженер Джер Пирсон. Она учитывала не только динамику нагрузки, но и вращение планеты. В классическом исполнении такая система включает в себя три основных элемента: трос, противовес и специальные погрузочные модули.
Трос должен быть из легкого, но при этом сверхпрочного материала. По задумке, его необходимо растянуть между нашей планетой и орбитой. Противовесом должна выступить достаточно большая масса, которую придется закрепить выше геостационарной орбиты. В противном случае добиться равновесия постройки не получится.
Все не так просто: главные проблемы идеи
Самой серьезной проблемой при создании космического лифта является выбор правильного материала троса. Ведь он должен быть не только легким, но и максимально прочным. По расчетам специалистов, конструкция выдержит свой собственный вес в том случае, если ее удельная прочность будет выше 50 гигапаскалей. Для сравнения: у стали или кевлара данный показатель ниже в несколько десятков раз. А сейчас нет ни одного распространенного материала, который отвечал бы таким высоким требованиям.
Основным кандидатом на такой материал сейчас считаются углеродные нанотрубки. Во время исследований ученые выяснили, что их прочность действительно огромная – до 100 гигапаскалей. Вот только проблема в том, что вырастить волокно весьма проблематично. Для лифта требуется трос длиной 36 тысяч километров. А в лабораторных условиях не получается создать трубку даже в несколько метров.
Но есть и другие тревожные моменты в этом проекте. Ни в коем случае нельзя забывать о космическом мусоре, который может очень быстро повредить трос. Для его защиты можно использовать специальные самовосстанавливающиеся структуры. Также не исключается установка нескольких параллельных тросов для сохранения устойчивости в случае, если один из них по какой-либо причине выйдет из строя.
Отдельный вопрос – подъемные модули. Для их передвижения придется использовать либо солнечные панели, либо лазерную передачу энергии. Однако и в первом, и во втором случае потребуется создать энергоэффективные системы, которые будут нормально функционировать на достаточно большой высоте.
Все эти моменты делают реализацию проекта крайне сложной, практически невозможной. Главной трудностью считается отсутствие подходящих материалов. Однако если технологии продолжат развиваться, то в один день человечество сможет создать это чудо инженерной мысли.
Уже готово: наработки современных ученых
Несмотря на все возможные трудности, идея создать космический лифт уже не считается мечтой на грани фантастики. Япония, Соединенные Штаты и другие государства уже работают над этим вопросом. Разумеется, пока что речь идет исключительно о наработках и прототипах. Но продвижение в этом направлении уже есть, что не может не радовать.
Еще в 2018 году японская компания JAXA совместно с сотрудниками Университета Сидзуоки провела весьма увлекательный эксперимент. Они попытались переместить груз по тросу в космическом пространстве. Для этого использовалось два небольших спутника, которые были соединены между собой 10-метровым кабелем. Именно по этому кабелю передвигался специальный моторизированный модуль. Результат данного эксперимента продемонстрировал, что движение по тросу в условиях микрогравитации действительно возможно.
В последнее время появляются и другие стартапы, связанные с созданием космического лифта. К примеру, не так давно ученые представители альтернативную концепцию, в которой использовался не трос, а вращающиеся орбитальные кольца с подвесным элементом. Пока что эти модели влекут в себе множество рисков, но в обозримом будущем они могут сыграть свою роль для поиска наиболее оптимального варианта.