11 декабря 2016г.
МОСКВА 
-7...-9°C
ПРОБКИ
3
БАЛЛА
КУРСЫ   $ 63.30   € 67.21
НЕФТЬ  +1.73%   44.76

ЛИФТ В КОСМОС

Принцип действия внеземного подъемника теоретически известен давно. О нем рассказывал в своей

Принцип действия внеземного подъемника теоретически известен давно. О нем рассказывал в своей статье, опубликованной в российской прессе еще в 1960-м, ленинградский инженер Юрий Арцутанов. Потом идеей заинтересовались американские специалисты, ее использовали в своих произведениях и писатели-фантасты, например Артур Кларк ("Фонтаны рая"). Внешне все выглядит вроде бы просто. Главный элемент подъемника - невероятной длины трос. Один конец его крепится на поверхности Земли, другой - теряется в далеком космосе на высоте около 100 тысяч километров (это примерно четверть расстояния до Луны). Кабель будет натянут, как струна, потому что, подчиняясь законам физики, окажется под воздействием двух могучих разнонаправленных сил.
Чтобы понять их природу, вспомним, как ребятишки привязывают к веревке какую-нибудь железяку и начинают крутиться на одном месте, удерживая в вытянутых руках стремящийся вырваться импровизированный канатик. На него, как мы знаем из школьных учебников, действует центробежная сила. Именно она станет натягивать и поднятый в космос трос, который, естественно, будет вращаться вместе с нашей планетой. Но на этот же трос будет действовать и противоположная сила - земного притяжения. И тем ощутимее, чем ближе он находится к Земле. А чем дальше в космос, тем, наоборот, энергичнее проявляется центробежный фактор. При определенных условиях два противоположных вектора уравновешивают друг друга. Происходит это, когда центр массы гигантского каната находится на высоте 36 тысяч километров, то есть на так называемой геостационарной орбите.
Именно там находящиеся искусственные спутники висят неподвижно над Землей, совершая вместе с ней полный оборот за 24 часа. Вот из этой как бы срединной точки лифтовый канат и должен идти вниз, к Земле, и примерно на такое же расстояние в противоположную сторону. В этом случае огромный кабель будет не только натянут, но и сможет постоянно занимать строго определенное положение - вертикально к земному горизонту, точно по направлению к центру нашей планеты.
А дальше, используя эту рукотворную вертикаль, можно отправлять кабины в космос и опускать их на Землю. Такова общая схема. И все бы ничего, но есть одно слабое звено. Это сам стальной трос. Дело в том, что он под воздействием собственной тяжести рвется уже при длине 50 километров. Если заменить сталь на легкий и очень прочный кевлар, то канат увеличится на сотни километров и может достичь орбит низко летящих спутников. Однако для космического лифта длины троса в сотни и даже несколько тысяч километров явно недостаточно. И какие ухищрения ни пытались использовать конструкторы, все было тщетно. На этой стадии все расчеты обычно и заканчивались. Однако в последнее десятилетие произошел неожиданный прорыв в разработке принципиально новых материалов.
В 1991-м японский инженер Сумио Иишима, исследуя графитовую сажу, открыл нечто удивительное - так называемые углеродные нанотрубки. Это микроскопические, неразличимые невооруженным глазом пленочки графита, свернутые в виде крохотных цилиндров, диаметр каждого из которых в миллион раз меньше миллиметра. Длина трубок достигает всего нескольких микрон. Позже выяснилось, что цилиндрики могут самостоятельно сплетаться в такие же микроскопические канатики. Изготовленная из них нить прочнее алмаза. Почти невесомая паутинка из углеродных нанотрубок диаметром в один миллиметр может выдержать 20-тонный груз! Именно этот удивительный материал поднял, наконец, шлагбаум на пути строительства в обозримом будущем космического лифта.
После открытия японского инженера проект перекочевал из книг писателей-фантастов в исследовательские лаборатории и конструкторские бюро. Работы в этом направлении ведутся в США уже два года. На первой стадии перед специалистами была поставлена задача оценить принципиальную возможность сооружения небывалой транспортной системы и определить конструктивную схему, общий объем затрат, сроки. Важно подчеркнуть, что финансирует исследования американское Национальное агентство по исследованию космического пространства (НАСА), которое зря деньги не тратит. Институт перспективных концепций НАСА выделил компании Highlift Systems (HS) для начала 570 тысяч долларов.
Весной этого года первый этап работ был успешно завершен. Отчет занимает 80 страниц убористого текста, включая многочисленные чертежи и графики. Результаты проведенных исследований обсуждались в минувшем августе на большой международной научной конференции в США. Один из разработчиков проекта (и он же один из основателей компании HS), доктор Брэдли Эдвардс, одаренный физик, уверен в успехе. "При соответствующем финансировании мы уже через два года сможем начать строительство стартовых сооружений, - говорит он. - Надо торопиться: тот, кто будет здесь первым, сможет контролировать космос на протяжении следующего столетия".
Что же даст человечеству космический лифт? Почему ему прочат столь большое будущее? Прежде всего речь идет об экономии огромных средств. Сегодня выведение одного килограмма полезного груза на обычную околоземную орбиту обходится в 10 тысяч долларов, а на высокую, геостационарную - в 40 тысяч. На первом же космическом подъемнике стоимость доставки снизится до 100 долларов, или в 100 - 400 раз. В дальнейшем, по мере строительства новых лифтов, цена отправки 1 килограмма груза в космос составит вообще 10 долларов. Таким образом, экономический эффект будет измеряться вначале миллиардами, а затем и десятками миллиардов долларов в год. Не говоря уж об экологически чистых двигателях и повышенной безопасности космических лифтов.
Новые внеземные транспортные системы откроют удивительные перспективы. Рентабельными станут сооружение на орбите заводов для производства уникальных лекарств и специальных материалов, размещение в космическом пространстве солнечных электростанций, туристических гостиниц... Вполне доступными окажутся путешествия к Луне, Марсу, астероидам. Космический корабль, поднявшись с поверхности Земли на лифте, отсоединится от троса в самом его конце и может продолжать движение по любой из межпланетных траекторий. Достигнув, допустим, окрестностей Луны или Марса, корабль подойдет к причальной станции, соединенной с поверхностью другой планеты тамошним тросовым лифтом. При такой схеме создание лунных научных баз, поселений, а также освоение Марса не потребуют чрезмерных финансовых средств.
Начнется, понятно, и бурное развитие космического туризма. Возможно, тогда сбудутся пророческие слова Константина Циолковского: "Земля - колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели".
Но пока все это - далекие мечты, осуществление которых зависит от того, как пойдут дела со строительством первого космического лифта. Его концептуальный проект в нынешнем виде содержит достаточно подробные конструкторские разработки. Я связался по Интернету с доктором Эдвардсом и попросил его уточнить ряд существенных деталей.
- В некоторых публикациях сообщалось, что для космического лифта необходимо построить на Земле огромную башню высотой 50 километров. Однако соорудить такое здание, достигающее стратосферы, вряд ли возможно. Доктор Эдвардс, вы пошли другим путем?
- Конечно. Никакой башни в нашей концепции нет. Якорем, а точнее наземной станцией для космического лифта будет находящаяся в океане платформа - наподобие тех, которые используются для добычи нефти. Ее можно построить в Тихом океане, на экваторе, в таком районе, где гроз практически не бывает.
- Вместо троса, как явствует из проекта, с которым я ознакомился на вашем сайте, для космического лифта будет использован не трос, а широкая лента из углеродных нанотрубок. Этот новый материал должен быть чрезвычайно прочным и очень легким. И все же сделать его совсем невесомым невозможно. Длина ленты - почти 100 тысяч километров (ею можно два с половиной раза обернуть земной шар), ширина - 1 метр. Даже при планируемой толщине ленты всего в 2 микрона общая масса, учитывая гигантскую длину этой необычной "дорожки", должна получиться более чем солидной. Проводились ли расчеты, каков будет вес стотысячекилометровой ленты? Тысячи, десятки тысяч тонн?
- Нет, для лифта максимальной проектной грузоподъемности вес ленты, которая протянется от Земли в космос, составит всего 800 тонн.
- Как же вы собираетесь "размотать" ее до геостационарной орбиты и еще намного дальше?
- Первые 40 тонн будут подняты одноразовыми ракетами, а оставшуюся часть предполагается построить с использованием небольших кабин-подъемников. Сначала с геостационарной орбиты будет развернута сравнительно узкая лента (от 5 до 11,5 сантиметров в ширину и толщиной в микроны), которая сможет удерживать полезные грузы весом 495 килограммов. Затем наращивается верхняя часть. Далее специальные подъемники будут подниматься по первоначальной ленте и постепенно расширять ее, прикрепляя рядом узкие полоски. На каждое восхождение уйдет от 3 до 4 дней. Через 2,5 года лента будет готова.
- Известно, что подъемник будет двигаться по ленте с помощью роликов. Но каким образом кабина удержится на "дорожке"?
- Конструкция подъемника как бы охватывает ленту с двух сторон. Кабину планируется оснастить двумя комплектами гусениц. Лента будет между ними, получается что-то вроде бутерброда. Один комплект гусениц будет перемещаться по одной стороне ленты, другой - по противоположной. Гусеницы будут прочно держаться на ленте за счет трения...
Доктор Эдвардс также уверенно защищал свой проект и на августовской международной конференции. И хотя нитей из углеродных нанотрубок пока еще нет, ученый не сомневается, что в ближайшем времени (от одного до пяти лет) технологии изготовления чудо-ленты появятся. "Прогресс в этой области идет очень быстро", - говорит он.
Для движения подъемника по ленте вверх или вниз предполагается использовать электрические двигатели. Энергия будет передаваться с Земли с помощью лазера. Посланный им луч преобразуется в электричество, которое приведет в действие моторы лифта. Скорость движения кабины составит 200 километров в час.
Перед тем как развернуть сверхтонкую и сверхдлинную ленту Земля - космос, планируется провести тщательные испытания элементов необычного лифта. Сначала нить из углеродных нанотрубок будет проверена в лабораторных условиях. Фрагменты ее подвергнутся воздействию атомарного кислорода, перепадов давления, излучения... Затем прототип подъемника поднимут с помощью воздушного шара на высоту 1000 метров. Будут работать лазер, оптическая техника, словом, весь многосложный комплекс. Серия испытаний намечена и на геостационарной орбите.
Все этапы четко расписаны. При бесперебойном финансировании новые технологии (правда, еще "сырые") могут быть получены через два года. Для их доработки, как говорится в концептуальном проекте, потребуется не менее трех лет. Следующий этап - строительство. Этот цикл рассчитан на шесть лет. Наконец, еще 2,5 года уйдет на расширение стотысячекилометровой ленты. Таким образом, уже в 2017-м первая сравнительно небольшая гондола с полезным грузом 5 тонн могла бы подняться в космос. Эту дату подтвердил мне во время интернет-интервью и Брэдли Эдвардс.
Однако ряд независимых экспертов не разделяют оптимизма г-на Эдвардса. Во-первых, не ясно, удастся ли найти немалые финансовые ресурсы. На сооружение только первого лифта требуется 7 - 10 миллиардов долларов. А вся программа стоит 40 миллиардов. Такие суммы сегодня не готовы выложить ни НАСА, ни частные инвесторы.
Во-вторых, не решены многие принципиальные технические вопросы. Например, как защитить транспортную ленту от метеоритов? Если покрыть ее синтетическим материалом или тонкой металлической пленкой, то сразу же ее вес многократно увеличится. Другая трудность - мощные порывы ветра. Метровая по ширине лента имеет высокую парусность. А гарантировать, что в данном районе океана сильных ветров не будет, невозможно.
Тем не менее даже скептики признают чрезвычайную перспективность использования тросовых транспортных систем в космонавтике в будущем. Дискуссии идут лишь о сроках. Представитель НАСА Роберт Казанова считает, что первый космический лифт может появиться не ранее чем через 50 лет.
Примерно такие же сроки называет и доктор технических наук, лауреат Государственной премии Георгий Успенский, возглавляющий отделение в Центральном НИИ машиностроения Росавиакосмоса. Еще в 1989-м Успенский опубликовал эксклюзивные расчеты по перспективным космическим транспортным системам. Он твердо уверен, что "создание космического лифта к 2050 году ознаменует полный переход от ракет к тросовой системе".


Loading...



В ГД внесли законопроект о декриминализации побоев родственников