(История завтра. «ХиЖ» 2024 №8)
Мы продолжаем серию публикаций, посвященных сопоставлению научно-технических идей, высказанных когда-либо в научной фантастике, и современных их реализаций. В этой статье поищем в романах фантастов первые упоминания телескопа с жидкостным зеркалом, космического лифта и ядерного реактора на Луне.
Телескоп с жидкостным зеркалом
В мае 2024 года специалисты Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) выбрали идею телескопа с жидкостным зеркалом Fluidic Telescope (FLUTE) для дальнейших исследований и финансирования в рамках программы «Инновационные и передовые концепты». Подобные футуристические идеи, по мнению руководства НАСА, могут со временем оказаться полезны для исследования космического пространства.
Идею телескопа с жидкостным зеркалом разрабатывают инженеры из Израильского технологического института (Технион). Они предлагают способ создания на орбите огромных круглых самовосстанавливающихся зеркал, которые смогут собирать больше света и позволят астрономам глубже заглянуть в космос, а уже известные объекты рассмотреть более подробно.
Как бы странно это ни звучало, особенности поведения жидкостей в космосе позволяют задуматься о создании зеркала телескопа, диаметр которого будет раз в десять превышать диаметр сегментированного зеркала новейшей космической обсерватории «Джеймс Уэбб» (6,5 метра).
В космическом пространстве при свободном полете под действием только гравитации свободные капли жидкости приобретают идеальную сферическую форму. Но если они контактируют с твердой поверхностью, то поведение жидкости изменяется. Оказывается, если к внутренней поверхности круглого кольцевого каркаса прилипает достаточное количество жидкости, она будет растягиваться внутри каркаса и сформирует сферическую поверхность. А если жидкость обладает отражающими свойствами, эта изогнутая поверхность сможет служить зеркалом телескопа.
Уникальной особенностью жидкого зеркала будет его способность к самовосстановлению в случае повреждения. Например, если микрометеорит ударит в поверхность зеркала, то жидкость быстро затянет и заполнит брешь.
Космическая обсерватория с жидкостным зеркалом, предложенная исследователями проекта FLUTE, будет иметь диаметр примерно 50 метров. Инженеры Техниона уже провели эксперименты по формованию линз из жидкостей в различных средах: сначала в условиях нейтральной плавучести в наземной лаборатории, затем в серии полeтов самолета по параболическим траекториям в условиях невесомости и наконец на борту Международной космической станции.
Если идея телескопа с жидкостным зеркалом когда-нибудь станет реальностью, люди смогут заглянуть в самые дальние уголки Вселенной и непосредственно увидеть экзопланеты.
Писатели-фантасты познакомили нас с этой идеей несколько поколений назад. Во времена Золотого века научной фантастики Раймонд З. Галлун описал телескоп с жидким зеркалом на Марсе в рассказе 1934 года «Старина Верный»:
«В чаше находилась ртуть. Когда чаша начинала вращаться на прекрасно уравновешенной оси, центробежная сила заставляла ртуть растекаться тонким, точно распределeнным слоем внутри чаши, образуя выпуклую поверхность, действующую в качестве телескопа-рефлектора номер 774. Еe площадь и соответственно способность собирать свет во много раз превосходила возможности любого жесткого зеркала, которое можно было создать».
Космический лифт в 2050 году
Руководство одной из крупнейших японских строительных компаний Obayashi Corporation считает, что им по силам воплотить в жизнь проект космического лифта. Его создание позволит более дешево доставлять на околоземную орбиту грузы и людей.
Obayashi Corporation известна тем, что построила самую высокую телебашню в мире Tokyo Skytree, которая стала третьим по высоте строением на Земле. По всей видимости, подобный успех вскружил строителям голову.
Идею космического лифта Obayashi Corporation начала обдумывать 12 лет назад. В мае 2024 года руководство компании заявило, что строительство космического лифта обойдeтся в 100 миллиардов долларов США и начнeтся в ближайшие годы. Однако, как оказалось позже, речь шла о проектировании, создании необходимых технологий и поисках международных инвесторов.
Известно, что главная проблема космического лифта — материал троса. В Obayashi Corporation считают, что для создания троса можно использовать углеродные нанотрубки. Однако они могут быть повреждены ударом молнии или ураганами. Стартовый комплекс лифта предполагается разместить на экваторе, чтобы снизить риск повреждения троса из-за ураганов. Грузы будут доставлять на орбиту электромагнитные транспортные средства. Они могут получать энергию дистанционно, например с помощью солнечного света или микроволн.
Но даже если лифт получится построить, потребуется множество поездок с грузами и/или людьми, чтобы окупить расходы на его создание. Отправка на МКС одного килограмма на ракете-носителе Falcon 9 компании SpaceX стоит примерно 2450 долларов. По оценкам Obayashi Corporation, отправка этого же груза с помощью лифта обойдется в 114 долларов. Таким образом, лифт чисто теоретически может и окупиться.
Правда, если Obayashi Corporation начнeт заниматься лифтом только в середине XXI века, как сообщают журналисты, то она просто опоздает. Ведь большая многоразовая ракета с космическим кораблeм Starship, которую сегодня разрабатывает и испытывает компания SpaceX, при вводе в постоянную эксплуатация (это может произойти в течение трeх лет) удешевит доставку полезной нагрузки массой 1 килограмм на околоземную орбиту до 10 долларов, что сделает сооружение лифта бессмысленным.
Идею космического лифта в фантастической литературе одним из первых в 1979 году выдвинул британский писатель Артур Кларк в романе «Фонтаны рая». Хотя иногда можно встретить утверждение, что проект такого устройства рассматривал Циолковский в работе «Грeзы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения» (1895). Однако там речь шла о башне на экваторе, которая выходила за пределы атмосферы. По ней направлялись в космос поезда, по мере подъема которых притяжение к Земле ослабевало.
Кларк описывает проект лифта примерно так же, как Obayashi Corporation. Иными словами, японцы явно черпали вдохновение в романе Кларка:
«Простая подъeмная система — лифт, приводимый в движение дешeвым электричеством, — заменит шумную и дорогостоящую ракету, которая отныне будет применяться лишь для дальних космических полeтов. Перед вами один из возможных проектов… Изображение вращающейся Земли исчезло, телекамера показала поперечный разрез башни.
— Такая башня состоит из четырeх одинаковых труб: две для подъeма, две другие для спуска. Нечто вроде четырeхколeйной железной дороги с Земли на синхронную орбиту.
Капсулы для пассажиров, грузов и топлива будут двигаться вверх и вниз по трубам со скоростью нескольких сотен километров в час. Поскольку девяносто процентов энергии будет возвращаться в систему, стоимость перевозки одного пассажира не превысит нескольких долларов. Ведь при спуске капсулы на Землю еe двигатели действуют как магнитные тормоза, генерирующие электричество. В отличие от космических кораблей такая капсула не расходует энергию на нагрев атмосферы и создание ударных волн, еe энергия будет возвращаться в систему.
Поезда, идущие вниз, будут помогать поездам, идущим вверх. По самым скромным подсчeтам, лифт в сто раз экономичнее любой ракеты».
Ядерный реактор на Луне
Руководитель государственной корпорации «Роскосмос» Юрий Борисов во время Всемирного фестиваля молодeжи, проходившего весной 2024 года в Сириусе, заявил, что Россия и Китай рассматривают возможность строительства атомной электростанции на поверхности Луны в 2033–2035 годах.
Борисов объяснил, что только за счeт ядерной энергетики можно будет обеспечить постоянное функционирование и работу будущей лунной научной базы.
Создание энергетической установки предположительно будет выполняться в автоматическом режиме. Технологические решения, необходимые для миссии, по словам Борисова, практически готовы. Заметим, что на практике строительство АЭС в таком режиме пока не удавалось и на Земле. Подобная операция на Луне, где пока проблемы даже с простой автоматической посадкой, может столкнуться с большими проблемами.
В фарватере этой идеи продвигаются и работы на Западе. В 2022 году НАСА сообщило о завершении первого этапа проекта «Поверхностная энергетика деления», нацеленного на создание небольшого ядерного реактора для генерации электричества на Луне и в перспективе — на Марсе. В рамках разработки портативного источника энергии компании Rolls Royce, Brayton Energy и General Electric должны предложить конструкцию ядерного реактора, включая системы преобразования энергии, отвода тепла, управления и распределения энергии, а также смету и график разработки. Предполагается, что такой реактор должен обеспечить условия для постоянного присутствия людей на Луне в течение как минимум десяти лет.
В начале 2024 года Rolls-Royce показала модель мини-реактора шириной 1 метр и длиной 3 метра. Пока что он не производит энергию: нужно ещe как минимум шесть лет и миллионы долларов, чтобы получить действующее устройство. Если все пойдeт по плану, то в 2029 году этот реактор отправится на Луну для проверки работоспособности. Процесс создания энергии в новом реакторе будет таким же, как и на АЭС, то есть энергия будет выделяться в результате деления ядер.
Писатели фантасты высказывали мысли о создание колоний на Луне с 1930-х годов, то есть даже задолго до запуска первого искусственного спутника Земли, но о проблеме обеспечения лунной базы энергией заговорил Хайнлайн в романе 1966 года «Луна — суровая хозяйка». Правда, там энергию для лунных поселений вырабатывает термоядерный реактор, а не атомный.
Идею создания именно АЭС на поверхности Луны представил уже наш современник — Энди Вейер в произведении «Артемида» (2017). В романе Вейера одноименный лунный город с населением две тысячи человек снабжают энергией «два ядерных реактора, каждый на 27 мегаватт… реакторы находились в нескольких зданиях неправильной формы. Десятки труб вели к уложенным на поверхности сверкающим термальным панелям… в своe время все согласились, что реакторы надо расположить подальше от города».
Будем надеяться, что идея расположить подальше тоже не будет забыта.
Александр Речкин
Остальные статьи из этой серии вы можете найти в подборке «Идеи превращаются…»
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/kiosk2024/
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»