Космический лифт — одно из самых оригинальных изобретений человеческого ума. Причем эта идея напрямую вырастает из мифологического мировосприятия, сформировавшегося на заре человеческой культуры. Ребенок видит, как растет дерево — растет оно в небо, достигая порой немалой высоты. Срабатывает гиперболизация, свойственная человеческому мышлению, и возникает гипотеза: где-то далеко, в сказочной стране, наверняка есть деревья, дорастающие до Луны и звезд. И, поднявшись по такому дереву, можно проникнуть во внешний космос.
НЕБЕСНЫЙ ЭЛЕКТРОВОЗ
Идею космического лифта как обоснованного проекта предложил ленинградский инженер Юрий Николаевич Арцутанов, в 1960 году опубликовавший статью «В космос — на электровозе». Он излагал ее так:
«Возьмите кусочек шпагата и привяжите к нему камень. Начните вращать эту примитивную пращу. Под влиянием центробежной силы камень будет стремиться оторваться и туго натянет веревку.
Ну а что будет, если такую «веревку» укрепить на земном экваторе и, протянув далеко в космос, «подвесить» на ней соответствующий груз? Расчеты показывают, что если «веревка» будет достаточно длинной, то центробежная сила будет так же растягивать ее, не давая упасть на Землю, как камень натягивает наш шпагат... На высоте около 42 тысяч километров центробежная сила оказывается равной силе тяжести.
Вот, оказывается, какой длинной должна быть наша «веревка» в космос — пятьдесят, а то и шестьдесят тысяч километров! Да и «груз» к ней должен быть подвешен немаленький — ведь центробежная сила должна уравновесить вес каната длиной почти в 40 тысяч километров! Но если это будет сделано, возникнет прямая канатная дорога с Земли в космос!
Можно уже сегодня представить себе и некоторые подробности устройства нашей «космической канатной дороги». Прежде всего, она состоит не из одной нити, а из целой пряди их, идущих параллельно и соединенных между собой поперечными лямками. Это сделано для защиты от метеоров, которые легко могут перебить одиночную нить. Во-вторых, эти нити будут иметь разную толщину в разных местах. Минимальной их толщина будет у поверхности Земли, максимальной — в той точке, где центробежная сила уравновешивает силу тяжести: это для того, чтобы растягивающее напряжение было всюду одинаковым. В-третьих, нити не будут однородными. Вероятно, в их сеть будут вплетены металлические провода для передачи электроэнергии. Вероятно, будут и такие нити, по которым смогут двигаться космические электропоезда...»
Арцутанова не волновали ни технические подробности создания лифта, ни его стоимость, ни экономическая целесообразность — его захватила сама идея, а расчетом он доказал, что с использованием новых материалов на основе алмазной нити подобный проект вполне осуществим.
«ФОНТАНЫ РАЯ»
Проект Арцутанова вызвал определенный интерес в Советском Союзе, но вряд ли получил бы развитие в виде технических предложений, если бы в 1979 году не был опубликован научно-фантастический роман Артура Кларка «Фонтаны рая». При этом в качестве отправной точки писатель использовал статью четырех американских океанографов «Небесный крюк». Примечательно, что они описывали прямой канат постоянного сечения и доказали, что при существующих материалах космический лифт построен быть не может. Таким образом, с самого начала Кларк взял «нереальную» конструкцию. Осознавая этот факт, писатель ввел еще одно фантастическое допущение: через двести лет на орбитальных заводах начнут в промышленных количествах производить нить из «псевдоодномерного алмазного кристалла», которая практически невесома, но прочнее любого земного материала — из этой нити и предлагается сплести канат космического лифта.
Артур Кларк работал над романом десять лет и по ходу обдумывал проект океанографов. Хотя Арцутанов разрешил проблему обеспечения прочности каната еще в 1960 году, фантаст об этом ничего не знал и отыскал выход из затруднительного положения в работе американца Джерома Пирсона, который в 1975 году самостоятельно открыл идею космического лифта, доказав, что тот технически осуществим, если сделать канат не с одинаковым по всей длине, а с переменным сечением: тончайшим у Земли и наиболее толстым — на геостационарной орбите. Кроме того, необходим противовес, который будет придавать лифту устойчивость — противовесом может служить либо еще один такой же канат, протянутый в сторону Луны, либо массивный астероид, пригнанный на околоземную орбиту.
Именно в таком виде космический лифт и описан в романе «Фонтаны рая». При этом, когда Кларк узнал о статье Арцутанова, он охотно признал его приоритет, и с того момента авторитетный фантаст и простой ленинградский инженер стали хорошими друзьями.
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
В 2000 году американский ученый Брэд Эдвардс выпустил по заказу агентства НАСА подробный отчет, в котором излагались результаты предварительных исследований по проекту космического лифта. Поначалу данные Эдвардса внушали оптимизм. Американец показал, что кларковский «псевдоодномерный алмазный кристалл» фактически уже создан, и это — так называемые однослойные углеродные нанотрубки, по своей прочности на два порядка превышающие лучшие марки стали.
Расчеты вроде бы подтверждали главное — теоретически нанотрубки дают как минимум трехкратный запас по прочности. Но это теоретически. Вот несколько цифр: необходимая прочность на разрыв для одной миллиметровой нити космического лифта должна быть не ниже 65 гигапаскалей (что соответствует грузу в 65 тонн), а лучшие нанотрубки, создаваемые сегодня, обеспечивают 52 гигапаскаля — тоже неплохо, но явно недостаточно. Чрезвычайно высока и стоимость нанотрубок — грамм стоит 25 долларов, а на один трос для лифта понадобится 20 миллионов граммов. Терпимо, но сколько придется натянуть таких тросов, никто сегодня точно не знает и сказать не может.
Очень разнятся и оценки стоимости возведения лифта. Например, вышеупомянутый Брэд Эдвардс полагает, что постройка обойдется в сумму от 20 до 40 млрд. долларов, причем первая лента будет стоить 6,2 млрд. В японской «Ассоциации космического лифта» просят всего 10 млрд. И снова оценки внушают оптимизм — цена выглядит умеренной, сопоставимой с ценой разработки нового космического корабля типа «Спейс шаттл», а результат будет налицо: ожидается, что использование лифта снизит расходы на космические запуски на два порядка и за счет этого он быстро окупится.
Первым возможные проблемы выявил итальянский адъюнкт-профессор Никола Пуньо, который показал, что если одна нанотрубка потеряет всего один атом углерода, ее прочность сразу уменьшится на тридцать процентов! Критики вспомнили и о том, что Землю окружают радиационные пояса и наибольшую толщину они имеют аккурат в экваториальной зоне (на высотах от одной до двадцати тысяч километров), а значит, кабина лифта будет проходить через них, и пассажиры подвергнутся воздействию проникающей радиации — кабину придется снабжать мощной защитой, что заметно утяжелит лифт. Далеки от разрешения и проблемы защиты от космического мусора, и столкновения со спутниками, подвода энергии и отвода избыточного тепла.
Однако, похоже, что точку в споре поставит все же экономика. Даже приблизительный расчет дает стоимость килограмма груза, доставленного в космос, в 3000 долларов (что сопоставимо со стоимостью запуска посредством перспективных ракет), но при одном «маленьком» условии — если в год на орбиту отправлять не менее двух миллионов килограммов полезной нагрузки. Любой день простоя, соответственно, увеличивает расходы и снижает прибыльность. Вы знаете хоть одну задачу, которая стояла бы перед человечеством и требовала бы доставки на геостационарную орбиту по 5,5 тонн в сутки? Таких задач сегодня просто нет.
Впрочем, если подождать двести лет, как предлагал Артур Кларк, то такие задачи могут и появиться. Например, человечество захочет преобразовать и колонизировать Марс. Или построить армаду звездолетов, которые отправятся к соседней планетной системе. В таком случае строительство космического лифта или даже нескольких лифтов станет насущной необходимостью, а все технические и экономические проблемы будут решены.
Антон Первушин
Комментариев нет:
Отправить комментарий