Журнал «Вокруг Света» №01 за 2007 год - Вокруг Света

Подъемник, построенный командой Мичиганского университета (справа), впервые поднялся на высоту 60 метров, получая энергию только от солнечных батарей. На это ушло 6 минут 40 секунд при зачетном времени 1 минута. Самым быстрым стал подъемник, созданный в Университете провинции Саскачеван (Канада). Он лишь на пару секунд не уложился в отведенный норматив. На снимке внизу: последние приготовления перед запуском канадского прототипа космического лифта. Обратите внимание, что для подъема используется не трос, а тонкая широкая лента. Это избавляет от проблем с ориентацией аппарата

Подъем на лазерном луче

Другая важнейшая проблема, которую предстоит решить, — это создание быстрых и легких подъемников, способных взобраться по тросу по крайней мере на 36 тысяч километров (на высоту геостационарной орбиты). Собственно, сложность заключается в отсутствии достаточно энергоемких источников питания. Ведь энергозатраты на преодоление земного притяжения на пути до геостационарной орбиты составляют 49 мегаджоулей на килограмм (это не считая неизбежных потерь энергии). Для сравнения: при сжигании килограмма водород-кислородной топливной смеси выделяется всего 16 МДж. Это не значит, что на химическом топливе космический лифт не сможет работать в принципе, но по эффективности своей работы он тогда сравнится с теми же ракетами, вынужденными для выведения полезной нагрузки сжигать огромное количество топлива и сбрасывать отработавшие ступени. Еще хуже с аккумуляторами, которые, разумеется, каждый раз на пути к звездам сбрасывать не получится. Хотя тут тоже может быть уловка: кабины, идущие вниз, могут делиться выработанной при спуске электроэнергией со своими встречными партнерами. Но все это накладывает на организаторов грузопотока слишком жесткие ограничения.

Поэтому питание для своей работы (во всяком случае, на первых порах) лифт будет получать в основном с Земли. Изобретатель концепции космического лифта Юрий Арцутанов предлагал подводить электричество по вплетенным в канат металлическим полосам. Однако на нынешнем этапе эта идея не кажется столь привлекательной, поскольку усложняет конструкцию троса.

Наиболее перспективной представляется передача энергии направленными пучками видимого или СВЧ-излучения, для которого земная атмосфера прозрачна. Чтобы расходимость пучка была минимальной, можно, например, использовать лазеры. Впрочем, передать энергию — это полдела, нужно ее еще и принять. Для этого необходимо снабдить лифт высокоэффективными фотоэлектрическими преобразователями.

Интересно, что многие принципиальные сложности, связанные с устройством дороги с Земли на орбиту, пропадают (или же теряют свою остроту), если искать применение «лифтовому хозяйству» в дальнем космосе, на что указывал опять же еще Арцутанов. Ведь с гравитацией астероидов, спутников планет или даже Марса вполне могут справиться нынешние материалы и энергетические установки. Не исключено, что первые конструкции такого типа возникнут где-нибудь возле Луны . Ее медленное вращение, правда, не позволяет использовать ту же схему, что и с земной геостационарной орбитой, но конец троса с грузом можно поместить, например, в точку либрации между Луной и Землей. Такой лифт будет длиннее земного, но требования к нему предъявляются не столь жесткие.

Космическое ткачество

Предположим, что проблемы с материалом и энергетикой благополучно разрешены. Но ведь надо еще каким-то образом построить сам космический лифт. Если изготовить трос на Земле, то ракетные технологии вряд ли позволят целиком забросить его на орбиту. Даже если выводить трос в космос по частям, стоимость проекта надолго сделает лифт нерентабельным — ведь масса материала может достигать многих тысяч тонн. Еще Арцутанов предложил начать с небольшой спущенной с небес «нитки». Но как спустить с геостационарной орбиты первую, хотя бы и очень тонкую нить? Нужно, конечно же, выпускать сразу два «уса» — в противоположных направлениях, к Земле и от нее, — с тем расчетом, чтобы сам спутник в процессе вытравливания этого троса не смещался с нужной орбиты. При движении на трос будет действовать сила Кориолиса, отклоняющая его от вертикального направления, а на начальном участке нить вообще будет покоиться в невесомости. Поэтому ее движением, вероятно, придется какое-то время управлять с помощью небольших двигателей коррекции.

Противовес космического лифта, находящийся на высоте геостационарной орбиты, обеспечивал бы постоянное натяжение конструкции

Когда нить достигнет Земли, по ней взберутся первые роботы-строители, которые примутся наращивать толщину каната уже на месте. В принципе эти «паучки» могут быть самых что ни на есть микроскопических размеров. Возможно, к тому времени, когда развернется космическая стройка, нанороботы, которые сегодня кажутся нам едва ли не большей фантастикой, чем сам лифт с Земли на небо, уже станут реальностью, и достаточно будет просто их запрограммировать. Эти же невидимые труженики-нанороботы могли бы подновлять материал, устраняя постоянно возникающие дефекты и повреждения. Кстати, если развитие нанотехнологий пойдет в соответствии с оптимистичными прогнозами, то должны появиться и саморазмножающиеся нанороботы. Вся стоимость космического лифта будет тогда определяться лишь услугами проектировщиков и программистов, ну и изготовлением первичной нити. Надо только побеспокоиться о безопасности применения нанороботов «на свежем воздухе» — исключить неконтролируемое размножение, мутации и т. п. Если это будет сделано, лифты вообще станут «самособирающимися» и самообслуживающимися и органично впишутся в ландшафт грядущего века нанотехнологий.

Впрочем, целый ряд серьезных проблем остается и после успешного построения космического лифта — на стадии эксплуатации. Определенное беспокойство специалистам, следящим за целостностью нитей, может доставлять различный космический мусор. Банальные грозы с ураганами или обледенение могут повредить нижний, самый тонкий участок троса, а поскольку вверху он только утолщается, нельзя восстановить обрыв, просто немного приспустив трос. В число возможных бед включают и собственные колебания гигантской «струны», которые могут привести к ее разрушению. У проблемы построения дороги на небо есть также определенные военные и политические аспекты. Достаточно представить, насколько привлекательной мишенью для террористов станет такое гигантское хрупкое сооружение!

Допустив на минуту, что все сложности удалось обойти, и посчитав возможную выгоду от этого предприятия, мы сразу поймем энтузиазм NASA. Ведь с приходом лифтов себестоимость поднятия килограмма на высоту геостационарной орбиты составит от нескольких долларов (согласно оптимистичным оценкам) до сотен долларов (по самым пессимистичным). Сравните это с тысячами и десятками тысяч долларов за килограмм при современных ракетных технологиях. По мнению Брэдли Эдвардса, одного из основателей компании HighLift Systems, которой NASA выделило финансирование для исследований по проблеме космического лифта, на реализацию проекта потребуется от 10 до 40 миллиардов долларов — сравнимо с разработкой новых шаттлов. Если верить этой оценке, то затраты с лихвой окупятся уже за первые десятилетия эксплуатации нового чуда техники.

Космический лифт в фантастике

— Артур Кларк (Великобритания), «Фонтаны рая» (1978). Русский перевод — 1980.

— Чарльз Шеффилд (США), «Паутинка между мирами» (1979) — роман содержит подробное описание космического лифта. На русский язык не переводился.

— Ким Стэнли Робинсон (США), трилогия «Цветной Марс» (начиная с 1992) — история марсианского и земного лифтов от американского лауреата премий «Небьюла» и «Хьюго»; тросы лифтов изготавливаются из углеродных нанотрубок, которые вырабатываются на астероиде, а затем погружаются в атмосферу, астероид при этом используется как противовес.

— Фредерик Пол и Томас Т. Томас (США), «Марс Плюс» (1994) — в качестве «лифта» на Марсе фигурирует так называемый космический фонтан, непрерывно выбрасывающий металлические кольца. Роман переведен на русский язык.

— Дэвид Геррольд (США), «Соскочить с планеты» (1998). В ближайшем будущем мир разделят между собой гигантские корпорации, а в Западном полушарии построят космолифт. С помощью него на геостационарную орбиту сбегает 13-летний мальчик Чарльз.

— Павел Шумил (Россия), «Должны любить» (2002). В романе фигурирует привязь, спущенная с объекта на геостационарной орбите и прикрепленная на экваторе планеты. С ее помощью планету разворачивают, чтобы растопить ледяные материки. Герои Шумила вспоминают «Фонтаны рая» Кларка, но, похоже, к звездам в том мире путешествуют без применения космического лифта.