Многим из вас известна библейская легенда о том, как люди вознамерились стать подобными Богу и решили воздвигнуть башню высотой до небес. Господь, разгневавшись, сделал так, что все люди начали говорить на разных языках, и стройка остановилась. Правда это или нет, сказать сложно, но спустя тысячи лет человечество снова задумалось над возможностью возведения супербашни. Ведь если удастся соорудить конструкцию высотой в десятки тысяч километров, то можно удешевить доставку грузов в космос почти в тысячу раз! Космос раз и навсегда перестанет быть чем-то далёким и недостижимым.

В космос — на лифте!

Журнал: Тайны 20-го века — №31 август, 2014 года
Рубрика: Глобальные проекты
Автор: Адилет Ураимов

Дорогой космос

Впервые концепцию космического лифта рассмотрел великий русский учёный Константин Циолковский. Он предполагал, что если построить башню высотой 40000 километров, то центробежная сила нашей планеты будет держать всю конструкцию, не позволяя ей упасть.
С первого взгляда, от этой идеи за версту пахнет маниловщиной, но давайте рассуждать логически. Сегодня большую часть веса ракет составляет топливо, которое тратится на преодоление земной гравитации. Разумеется, это сказывается и на цене запуска. Стоимость доставки одного килограмма полезного груза на околоземную орбиту составляет около 20000 долларов. Так что когда родные передают космонавтам, находящимся на МКС, варенье, можете не сомневаться: это самое дорогое лакомство на свете. Даже английская королева не может себе такого позволить!
Запуск одного шаттла обходился NASA в сумму от 500 до 700 миллионов долларов. Ввиду проблем в американской экономике руководство NASA было вынуждено закрыть программу космических челноков и отдать функцию по доставке грузов на МКС на аутсорсинг частным компаниям.
К проблемам экономическим добавляются ещё и политические. Из-за разногласий по украинскому вопросу страны Запада ввели ряд санкций и ограничений против России. К сожалению, они коснулись и сотрудничества в космонавтике. NASA получило от правительства США приказ о заморозке всех совместных проектов, за исключением МКС. В ответ вице-премьер-министр Дмитрий Рогозин заявил, что Россия не заинтересована в участии в проекте МКС после 2020 года и намерена переключиться на осуществление других целей и задач, таких как основание на Луне постоянной научной базы и пилотируемый полёт к Марсу. Скорее всего, Россия будет заниматься этим вместе с Китаем, Индией и, возможно, Бразилией. Следует отметить: Россия и так собиралась завершить работу в проекте, а западные санкции просто ускорили этот процесс.
Несмотря на столь грандиозные планы, всё может остаться на бумаге, если не будет разработан более эффективный и дешёвый способ доставки грузов за пределы земной атмосферы. На постройку все той же МКС было затрачено в общей сложности свыше 100 миллиардов долларов! Сколько «зелёных» потребуется для создания станции на Луне, даже страшно представить.
Космический лифт мог бы стать идеальным решением проблемы. Когда лифт заработает, стоимость доставки может упасть до двух долларов за килограмм. Но прежде придётся основательно поломать голову над тем, как его построить.

Запас прочности

В 1959 году ленинградский инженер Юрий Николаевич Арцутанов разработал первый рабочий вариант космического лифта. Поскольку строить лифт снизу вверх невозможно из-за гравитации нашей планеты, он предложил сделать наоборот — строить сверху вниз. Для этого следовало запустить специальный спутник на геостационарную орбиту (около 36000 километров), где он должен был занять позицию над определённой точкой на экваторе Земли. Затем начать на спутнике сборку тросов и постепенно опускать их по направлению к поверхности планеты. Сам спутник также играл роль противовеса, постоянно поддерживая тросы в натянутом состоянии.
Широкая общественность смогла подробно познакомиться с этой идеей, когда в 1960 году «Комсомольская правда» опубликовала интервью с Арцутановым.

Если взять маленький «кусочек» (размером с булавочную головку) нашего Солнца и поместить его на планете Земля, то он за доли секунды уничтожит всё живое в радиусе 160 километров.

Интервью опубликовали и западные СМИ, после чего уже весь мир подвёргся «лифтовой лихорадке». Особенно усердствовали писатели-фантасты, рисовавшие радужные картины будущего, непременным атрибутом которых являлся космический лифт.
Все специалисты, изучающие возможность создания лифта, сходятся во мнении, что главным препятствием к реализации этого замысла является отсутствие достаточно прочного материала для тросов. По расчётам, этот гипотетический материал должен выдерживать напряжение 120 гигапаскалей, т.е, свыше 100000 килограммов на квадратный метр!
Прочность стали — приблизительно 2 гигапаскаля, у особо прочных вариантов — максимум 5 гигапаскалей, у кварцевого волокна — немногим выше 20. Этого просто чудовищно мало. Встаёт извечный вопрос: что делать? Развивать нанотехнологии. Самым перспективным кандидатом на роль троса для лифта могут стать углеродные нанотрубки. Согласно расчётам, их прочность должна быть гораздо выше минимальных 120 гигапаскалей. На данный момент наиболее прочный образец смог выдержать напряжение в 52 гигапаскаля, но в большинстве других случаев они разрывались в диапазоне от 30 до 50 гигапаскалей. В ходе продолжительных исследований и экспериментов специалистам из Университета Южной Калифорнии удалось добиться неслыханного результата: их трубка сумела выдержать напряжение в 98,9 гигапаскаля!
К сожалению, это был единичный успех, к тому же с углеродными нанотрубками есть ещё одна существенная проблема. Николас Пуньо, учёный из Туринского политехнического университета, пришёл к неутешительному выводу. Оказывается, даже из-за смещения одного атома в структуре углеродных трубок прочность определённого участка может резко снизиться на 30%. И это всё при том, что самый длинный полученный образец нанотрубки пока составляет всего два сантиметра. А если принять во внимание тот факт, что длина троса должна составлять почти 40000 километров, задача кажется просто невыполнимой.

Мусор и бури

Другая весьма серьёзная проблема связана с космическим мусором. Когда человечество обосновалось на околоземной орбите, оно принялось за одно из своих самых любимых занятий — засорение окружающего пространства продуктами своей жизнедеятельности. В самом начале мы как-то не особо беспокоились по этому поводу. «Ведь космос бесконечен! — рассуждали мы. — Выбросишь бумажку, а она отправится дальше, бороздить просторы Вселенной!». Тут-то мы и дали маху. Весь мусор и остатки летательных аппаратов обречены навечно наматывать круги вокруг Земли, захваченные её мощным гравитационным полем. Не нужно быть инженером, чтобы догадаться, что произойдёт, если один из таких мусорных «кусочков» столкнётся с тросом. Поэтому тысячи исследователей со всего мира ломают свои умные головы над вопросом ликвидации околоземной свалки.
Также не совсем ясна ситуация с основанием лифта на поверхности планеты. Вначале предполагалось создать стационарное основание на экваторе для обеспечения синхронности с геостационарным спутником. Однако тогда не избежать пагубного воздействия на лифт ураганных ветров и прочих природных катаклизмов. Потом появилась идея закрепить основание на плавучей платформе, которая могла бы совершать манёвры и «обходить» бури стороной. Но в таком случае операторы на орбите и платформе будут вынуждены выполнять все передвижения с хирургической точностью и абсолютной синхронностью, иначе вся конструкции полетит в тартарары.

Не вешать нос!

Несмотря на все трудности и препятствия, лежащие на нашем тернистом пути к звёздам, мы не должны вешать нос и забрасывать этот, вне всяких сомнений, уникальный проект в долгий ящик. Космический лифт — это не роскошь, а жизненно необходимая вещь.
Без него колонизация ближнего космоса станет занятием в высшей степени трудоёмким, дорогостоящим и может растянуться на долгие годы. Есть, конечно, предложения разрабатывать антигравитационные технологии, но это уж слишком далекая перспектива, а лифт нужен в ближайшие 20-30 лет.
Лифт необходим не только для поднятия и спуска грузов, но и в качестве «мега-пращи». С его помощью можно запускать космические корабли в межпланетное пространство без затрат огромных объёмов столь драгоценного топлива, которое в противном случае может быть пущено на разгон судна. Особый интерес вызывает идея использования лифта для очистки Земли от опасных отходов. Допустим, отработанное ядерное топливо с АЭС можно помещать в герметичные капсулы, а затем прямой наводкой отправлять в сторону Солнца, для которого сжечь такую козявку — раз плюнуть.
Но, как ни странно, реализация такой затеи — вопрос, скорее, не экономики или науки, а политики. Нужно посмотреть правде в глаза — ни одна страна в мире не сможет самостоятельно осилить столь грандиозный проект. Без международного сотрудничества никак не обойтись. В первую очередь, важно участие США, Евросоюза, Китая, Японии, Индии, Бразилии и, разумеется, России. Так что, как ни крути, придётся сесть за стол переговоров и выкурить трубку мира. Поэтому, ребята, давайте жить дружно, и всё у нас получится!