Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 05

Артур Кларк в своем романе предложил заменить сталь на легкий и очень прочный кевлар, а потом придумал некий сверхпрочный «псевдоодномерный алмазный кристалл», который и стал основным строительным материалом.

Самое интересное, что Кларк почти угадал. Нынешний этап интереса к проекту строительства космического лифта связан именно с углеродными кристаллами, хотя и несколько иного вида.

В 1991 году японский инженер Сумио Иишима, исследуя графитовую сажу, открыл удивительную разновидность углерода — так называемые углеродные нанотрубки. Это микроскопические, неразличимые невооруженным глазом пленочки графита, свернутые в виде крохотных цилиндров. Диаметр каждой такой трубки в миллион раз меньше миллиметра, длина — всего несколько микрон. Казалось бы, какой от них прок? Однако вскоре выяснили, что цилиндрики могут самостоятельно сплетаться в такие же микроскопические канатики. Изготовленная же из них нить прочнее алмаза.

Почти невесомая паутинка из углеродных нанотрубок диаметром в один миллиметр может выдержать 20-тонный груз!

Имея такой удивительный материал, можно уже и подумать о строительстве космического лифта.

После открытия японского инженера проектом занялись не только фантасты, но и ученые с инженерами.

Скажем, Институт перспективных концепций НАСА выделил компании Highlift Systems 570 тысяч долларов на первоначальные исследования. В отчете, занимающем 80 страниц убористого текста с приложением многочисленных чертежей и графиков, сказано однозначно: проект может быть осуществлен практически. Во всяком случае, один из его авторов, доктор Брэдли Эдвардс, твердо уверен в успехе.

Причем осуществление этого проекта может дать немалую экономию средств. Дело в том, что ныне доставка 1 кг полезного груза в космос обходится не менее чем в 10 тысяч долларов, причем подъем на высокую, геостационарную, орбиту обходится даже в 40 тысяч. Космический подъемник предполагает снижение стоимости доставки до 100 долларов, то есть в 100–400 раз. И это только на первом этапе…

Детали платформы.

Лентопротяжный механизм.

Концептуальный проект космического лифта в нынешнем виде содержит достаточно подробные конструкторские разработки. Вот как проясняет их доктор Эдвардс на своем сайте в Интернете.

Прежде всего, он предлагает отказаться от строительства на Земле огромной эстакады высотой 50 км, как это мыслилось в предыдущих проектах. Сооружение ее не только значительно удорожает проект, но и во многом ставит под сомнение его исполнение: ведь ныне ни у кого нет опыта строительства вышек, достигающих стратосферы.

Эдвардс предлагает сделать наземной станцией для космического лифта океанскую платформу — наподобие тех, с которых сейчас ведут добычу нефти. Ее планируют построить в Тихом океане, в таком районе, где практически не бывает гроз. Вместо троса, как уже сказано, используют широкую ленту из углеродных нанотрубок. Длина ленты — почти 100 тыс. км (ею можно два с половиной раза обернуть земной шар!), ширина — 1 м. Даже при планируемой толщине ленты всего в 2 микрона общая ее масса должна составить около 800 т. Тем не менее, как показывает расчет, нанотрубки способны выдержать такую тяжесть.

Схема строительства на сегодняшний день выглядит так.

Сначала на геостационарную орбиту обычными ракетами доставят около 40 т узкой ленты. Когда она будет развернута на всю длину и достигнет поверхности Земли, то сможет удерживать полезные грузы весом до 495 кг. Далее специальные подъемники будут подниматься по этой ленте и постепенно ее расширять. На каждое восхождение уйдет от 3 до 4 дней. Через 2,5 года лента будет готова полностью.

Конструкция подъемника как бы охватывает ленту с двух сторон. Кабину планируют оснастить двумя комплектами роликов или гусениц. Лента будет проходить между ними, обеспечивая плавный подъем или спуск кабины за счет трения.

Для движения подъемника по ленте предполагается использовать электрические двигатели. Энергия будет передаваться с Земли с помощью лазера или микроволнового излучения. Посланный им луч преобразуется в электричество, которое приведет в действие моторы лифта. Скорость движения кабины — 200 км/ч.

Все этапы научно-исследовательских работ, проектирования и строительства четко расписаны. При соответствующем финансировании уже через два года могут быть получены первые образцы сверхпрочной ленты. Ее испытания, доработки, развертывание массового производства займут еще около трех лет. Строительство отнимет еще лет шесть. Наконец, еще 2–3 года уйдет на расширение ленты длиной в 100 тыс. км. Таким образом, первая гондола с полезным грузом в 5 тонн могла бы подняться на орбиту где-то в 2017–2020 годах.

Так полагает доктор Эдвардс. Однако ряд экспертов не разделяет его оптимизма. Прежде всего, непонятно, удастся ли найти столь много свободных денег. Ведь только на сооружение первого лифта требуется около 10 млрд. долларов. А вся программа стоит как минимум вчетверо дороже. Кроме того, не решены многие принципиальные вопросы.

Например, как защитить транспортную ленту от метеоритов и космического мусора? Если покрыть ее синтетической или металлической броней, то ее вес многократно увеличится.

Еще одна трудность — мощные порывы ветра. Лента ведь имеет высокую парусность. Придется подумать также и о защите всего сооружения от ударов молний и океанских штормов.

Наконец, подобное сооружение — лакомый кусок для террористов. Представьте себе, каков будет резонанс, если в океан ухнет кабина космического лифта…

Тем не менее, даже скептики признают перспективность использования тросовых транспортных систем в космонавтике в будущем. Спор идет лишь о сроках. Так, представители НАСА полагают, что первый космический лифт может появиться лет через 50.

Примерно такие же сроки называет и доктор технических наук, лауреат Государственной премии Георгий Успенский, возглавляющий отделение в Центральном НИИ машиностроения Росавиакосмоса. Он еще в 1989 году опубликовал подобные же расчеты по перспективным космическим транспортным системам.

Ну, а дальше вполне возможно продление этой трассы до Луны. Освоение же Селены, строительство на ней ракетодрома откроет возможность путешествий к дальним окраинам Солнечной системы или даже в иные звездные миры.