Вчені шукають нові шляхи в космос.
Чим більше часу проходить від запуску першого супутника і польоту Юрія Гагаріна, тим очевидніше , що темпи освоєння космосу все сильніше сповільнюються. Причин тому багато, але одна з ключових – хімічні ракетні двигуни підходять до межі своїх можливостей . Примітивно кажучи, можна робити їх більше розміром , застосовувати нові види палива , модернізувати окремі вузли , але якісного стрибка від ракетної класики вже ніхто не чекає. Тому інженери починають придивлятися до ідей , що зовсім недавно здавався просто польотом фантазії.
ІДЕЯ З КАЗОК І МІФІВ
Сама по собі думка стара як світ : мотузка , сходи або навіть бобове стебло , що ведуть у небо , фігурують в казках і міфах багатьох народів. Згідно з Біблією, пророку Якову було видіння : ангели Яхве , що спускаються сходами з небес.
У 1960 р з'явилося теоретичне обгрунтування можливості спорудження космічного ліфта , зроблене радянським інженером Юрієм Арцутановим . У науково-популярній формі воно було викладено в статті " В космос – на електровозі " в " Комсомольській правді ".
Найвідомішим твором , присвяченим космічному ліфта, став роман письменника – фантаста Артура Кларка " Фонтани раю" , який побачив світ в 1979 р Сам Кларк розповідав, що ідею " виловив " з альбому фантастичних малюнків космонавта Леонова і художника Соколова . Подальші пошуки інформації по цій темі привели письменника до згаданої вище статті Арцутанова . Після виходу " Фонтанів раю" підйомник, що носиться по тросу від поверхні Землі до орбіти, став майже буденним елементом в науковій фантастиці.
Прообраз. Картина Леонова і Соколова створена в 60-і.
ЛЕГКО В ТЕОРІЇ, МАЙЖЕ НЕРЕАЛЬНО НА ПРАКТИЦІ
Математична база такої транспортної системи не занадто складна , чого не скажеш про практичну сторону справи.
ТЕОРІЯ. Прив'яжіть камінь до кінця шпагату і почніть розкручувати цей "пристрій" . Під впливом відцентрової сили камінь туго натягне мотузку . А тепер проведемо уявний експеримент : розмістимо один з кінців якоїсь фантастично міцної " мотузки " на екваторі , а другий витягнемо в космос і прикріпимо до нього якийсь вантаж . Сила тяжіння Землі зменшується пропорційно квадрату відстані , а відцентрова сила зростає зі збільшенням відстані . На висоті близько 42 тис. км ці сили стають рівними один одному. Розрахунки в межах шкільного курсу фізики свідчать , що якщо трос буде мати достатню довжину і якщо правильно підібрати вантаж на його кінці, винесеному в космос , то відцентрова сила не дозволить всій системі звалитися на Землю, і ми отримаємо казковий бобовий паросток наяву. А там вже можна встановити на такий трос який-небудь транспортер , який буде помаленьку тягати вантажі з Землі на орбіту, а інший , такий же, буде рухатися в зворотному напрямку.
ПРАКТИКА.Якщо теоретична база космічного ліфта досить проста, то практична реалізація проекту стикається з безліччю непереборних перешкод . Непереборних як мінімум на сучасному етапі розвитку техніки. Хоча сьогодні ідея все більше обростає цілком здійсненними рішеннями.
"Звичайно, будуть серйозні проблеми – як і у тих , хто будував першу трансконтинентальну залізницю, Панамський і Суецький канали, – говорить Джона Баддінг , професор хімії , що працює над створенням конструкційних матеріалів для космічного ліфта . — Буде потрібно багато часу і грошей, але, як і у випадку з усіма великими підприємствами , впоратися з перешкодами доведеться лише одного разу ".
Фантаст Артур Кларк. Його роман приніс ідею ліфту в маси.
ВАЖКИЙ ШЛЯХ ДО МЕТИ
Розповідь про проблеми на шляху до реального ліфту в небо ми побудуємо , порівнявши , як уявляв собі систему Артур Кларк і як вона бачиться інженерам сьогодні .
По кліку – велике зображення.
ТРОС.Мудрий фантаст бачив у ньому перешкоду №1 . Складно не погодитися – тільки уявіть собі, скільки може важити трос навіть п'ятиміліметровий товщини, але довжиною в півсотні тисяч кілометрів? Сучасні матеріали дозволяють говорити про висоту трохи більше 100 км . А адже трос повинен не тільки витримувати власну вагу, але і все навантаження, не кажучи вже про запас міцності на випадок неврахованих обставин. У книзі матеріалом виступав якийсь " псевдоодномірний алмазний кристал ".
Деякі надії таки з'явились після створення графена – модифікації вуглецю , що виглядає як шар цього елемента товщиною в один атом. При згортанні графена в циліндр отримують так звану нанотрубку . Цей матеріал має міцнісні характеристики, що дозволяють використовувати його для створення такого незвичайного троса. На жаль , зараз немає технологій, що дозволяють ткати з нанотрубок досить великі конструкції, але інтенсивні роботи в цьому напрямі ведуться в усьому світі.
НАЗЕМНА СТАНЦІЯ. Математика говорить , що вона повинна бути на екваторі . Але ж більша частина цієї уявної лінії проходить по океанах . Артур Кларк дозволив ситуацію з усією творчою фантазією . Він розмістив на екваторі вигаданий острів Тапробаном . Судячи з опису острова , він просто " посунув " південніше свій улюблений Цейлон , де провів чималу частину життя.
Сучасних інженерів океан цілком влаштовує. Наземна станція стане плавучою . Тобто можна буде підвести або відвести її від троса в разі необхідності (наприклад , наближення урагану ) .
Пару слів про противагу чи якіп , який повинен утримувати в космосі трос , що спускається на землю. За розрахунками , це повинна бути махина вагою в кілька тисяч тонн. Її передбачається зібрати з космічних кораблів , які обслуговуватимуть будівництво космічного ліфта .
Головні вимоги до противаги – бути стійкою до радіації, перепадів температур і ударів дрібних метеоритів або уламків .
ПІДЙОМНИК.Знадобиться також легка кабіна , забезпечена двигунами, яка може швидко піднятися ( опуститися ) по тросу на десятки тисяч кілометрів. Кількість енергії для подолання земного тяжіння колосально . Щоб підняти 1 кг на геостаціонарну орбіту (відстань від Землі – 36 тис. км) , потрібно 49 мегаджоулей (згоряння 1 кг суміші водень – кисень дає всього 16 МДж ). Саме з цієї причини велика частина ракет складається з паливного бака. Тому застосування на космічному ліфті ракетних двигунів робить всю затію безглуздою. Автор ідеї , Юрій Арцутанов , пропонував використовувати електродвигуни, які живляться через металеві нитки , вплетені в несучий трос. Але , нагадаємо , навіть мінімальна кількість металу зробить трос надмірно важким. Тому зараз вивчаються можливості передачі енергії до підйомника по лазерному променю .