Космически асансьор

Всеки, който смята, че с помощта на нанотехнологиите е възможно да се създаде само нещо субмикроскопично, невидимо за човешкото око, вероятно ще бъде изненадан от проекта, разработен наскоро от специалисти от НАСА и който привлече толкова голямо внимание от страна на учени и изобщо публичен. Говорим за така наречения проект за космически асансьор.

Космическият асансьор е кабел с дължина няколко десетки хиляди километра, който свързва орбитална космическа станция с платформа, разположена в средата на Тихия океан.

Идеята за космически асансьор е на повече от век. Пръв за това говори през 1895 г. великият руски учен Константин Циолковски, основоположникът на съвременната космонавтика. Той посочи, че принципът, който е в основата на съвременната ракетна наука, не позволява съвременните ракети-носители да бъдат ефективно средство за доставяне на товари в космоса. Има няколко причини за това:

Първо, ефективността на съвременните ракети е много ниска поради факта, че лъвският дял от мощността на двигателите на първия етап отива за работа за преодоляване на силата на гравитацията.

Второ, известно е, че значително увеличение на масата на горивото няколко пъти дава само малко увеличение на скоросттаракети. Ето защо например американската ракетна система Сатурн-Аполо с изстрелваща маса 2900 тона изведе в орбита само 129 тона. Оттук и астрономическата цена на космическите изстрелвания с помощта на ракети (цената за изстрелване на килограм товар в ниска орбита е средно около 10 000 долара.)

И въпреки многократните опити за намаляване на разходите за изстрелване на ракети, изглежда, че разходите за транспортиране на стоки и хора в орбита са радикално намалени до разходите за стандартен въздушен транспорт, базиран на модерни ракетни технологии

фундаментално невъзможно.

За да изпратят товари в космоса по по-евтин начин, изследователи от Националната лаборатория в Лос Аламос предложиха създаването на космически асансьор. Според предварителните оценки, цената на изстрелването на товари с помощта на асансьор може да падне от десетки хиляди долари до 10 долара за килограм. Учените смятат

че космическият асансьор може буквално да преобърне света, давайки на човечеството напълно нови възможности.

По същество асансьорът ще бъде кабел, свързващ орбиталната станция с платформа на повърхността на Земята. Кабините, монтирани на краулер, ще се движат нагоре и надолу по кабела, носейки сателити и сонди, които трябва да бъдат изстреляни в орбита. С помощта на този асансьор на самия връх ще бъде възможно да се изгради стартова площадка в космоса за космически кораби, които се насочват към Луната, Марс, Венера и астероиди. Проблемът със захранването на самите асансьорни „кабини“ е решен по оригинален начин: кабелът ще бъде покрит със слънчеви панели или кабините ще бъдат оборудвани с малки фотоволтаични панели, които ще се осветяват от мощни лазери от Земята.

Учените предлагат да се постави наземната база на космическия асансьор в океана, в екваториалните води на Тихия океан, на стотици километри от маршрутите за търговски полети. Известно е, че ураганите никога не пресичат екватора и тук почти няма светкавици, което ще осигури допълнителна защита на асансьора.

Космическият асансьор е описан в трудовете на Циолковски, както и на писателя-фантаст Артър С. Кларк, а проектът за изграждането на такъв асансьор е разработен от ленинградския инженер Юрий Арцутанов през 1960 г. В продължение на много години активен пропагандатор на идеята за космически асансьор беше Астрахан

учен Г. Поляков.

Но досега никой не е успял да предложи толкова лек и здрав материал, че да може да се използва за направата на космически кабел. Доскоро най-издръжливият материал беше стоманата. Но не е възможно да се направи стоманен кабел с дължина няколко хиляди километра, тъй като дори опростените изчисления показват, че стоманен кабел с необходимата якост ще се срути под собствената си тежест вече на надморска височина от 50 км.

С развитието на нанотехнологиите обаче се появи реална възможност да се произведе кабел с необходимите характеристики на базата на влакна, изработени от ултраздрави и ултра леки въглеродни нанотръби, досега никой не е успял да направи дори един метър кабел от нанотръби, но според разработчиците на проекта технологиите за производство на нанотръби се подобряват всеки ден, така че такъв кабел може да бъде направен след няколко години.

Основният елемент на лифта е кабел, единият край на който е прикрепен към повърхността на Земята, а другият се губи в космоса на надморска височина от около 100 хиляди километра. Този кабел не просто ще "виси" в космоса, но ще бъде опънат като струна, благодарение на влиянието на две разнопосочни сили: центр.

бягащи и центростремителни.

За да разберете тяхната същност, представете си, че сте завързали предмет за въже и сте започнали да го разплитате. Щом придобие определена скорост, въжето ще се стегне, тъй като върху обекта действа центробежна сила, а върху самото въже действа центростремителна сила, която го дърпа. Нещо подобно ще се случи с кабел, издигнат в космоса. Всеки обект в горния му край или дори самият свободен край ще се върти като изкуствен спътник на нашата планета, само че е „вързан“ със специално „въже“ към земната повърхност.

Балансът на силите ще настъпи, когато центърът на масата на гигантското въже е на надморска височина от 36 хиляди километра, тоест в така наречената геостационарна орбита. Именно там изкуствените спътници висят неподвижно над Земята, като правят пълен оборот с нея за 24 часа. В този случай той не само ще бъде напрегнат, но и ще може постоянно да заема строго определено положение – вертикално спрямо земния хоризонт, точно към центъра на нашата планета.

Фигура 24. Космическият асансьор, както си го представя художникът Пат Ролингс*

Препечатано от http://flightprojects.msfc.nasa.gov

За да започне изграждането на космически асансьор, ще е необходимо да се направят няколко полета на космически совалки. Те и специална платформа със собствен автономен двигател ще доставят 20 тона кабел на геостационарна орбита. След това се предполага да спусне единия край на кабела на Земята и да го закрепи някъде в екваториалната зона на Тихия океан на платформа, подобна на сегашната стартова площадка за изстрелване на ракети.

След това те планират да поставят специални повдигачи по кабела, които ще добавят все повече и повече слоеве нанотръбно покритие към кабела, увеличавайки неговата здравина. Този процес трябва да отнеме няколко години и първият космически асансьор ще бъде готов.

Любопитни съвпадения: през 1979 г. писателят на научна фантастика Артър К. Кларк в романа си „Фонтаните на рая“ излага идеята за „космически асансьор“ и предлага стоманата да бъде заменена с определен ултраздрав „псевдо-един“. -измерен диамантен кристал”, който стана основният строителен материал за това устройство. Най-интересното е, че сегашният етап на интерес към проекта за изграждане на космически асансьор е свързан именно с въглеродни кристали - нанотръби, които имат забележителни свойства, с които вече се запознахме.

И което е абсолютно изненадващо: физикът, един от участниците в разработването на космическия асансьор, се казва Рон Морган. Морган беше и името на героя в романа на Артър К. Кларк, инженерът, който построи космическия асансьор!

Идеята за космически асансьор се споменава в научната фантастика на британския писател Артър Чарлз Кларк през 1979 г. Той пише в романите си, че е абсолютно сигурен, че един ден такъв асансьор ще бъде построен.

Но първият човек, който излезе с такава странна идея, беше руският инженер и основател на руската космонавтика Константин Едуардович Циолковски. Вдъхновен от построяването на Айфеловата кула, той предлага да се построи още по-висока кула с височина няколко хиляди километра. Циолковски предложи заселването на космическото пространство с помощта на орбитални станции, представи идеите за космически асансьор и кораб на въздушна възглавница.

Космически асансьор звучи фантастично. Но хората през 19 век също не биха могли да повярват в появата на такива технически постижения като самолет или космически кораб. Строителната корпорация Obayashi в Япония вече разработва техническа документация за подготовка на конструкцията на космически асансьор. Стойността на проекта е 12 милиарда долара. Строителството на съоръжението ще приключи през 2050 г.

Потенциалните ползи от използването на космически асансьори са доста големи. Работата е там, че преодоляването на гравитацията с помощта на реактивно задвижване е непрактично. Например, изстрелването на совалката само веднъж изисква харчене на 500 милиона долара, което прави изстрелването на традиционни ракети носители вече икономически неизгодно.

Космическият асансьор се състои от три основни части: основа, кабел и противотежест.

Масивна платформа в океана, представляваща основата на асансьора, ще държи единия край на кабел от въглеродни влакна, в края на който ще има противотежест - тежък обект, който ще действа като сателит, въртящ се зад нашата планета и задържани в орбита от центробежна сила. Именно по този кабел, опънат в небето до височина до сто хиляди километра, товарът ще се издигне в космоса.

Доставянето на килограм товар в космоса с помощта на ракета струва до 15 хиляди долара. Японците пресметнаха, че за да доставят товар със същото тегло в орбита, ще похарчат... 100 долара

Космическият асансьор е внимателно изработена идея. Например, изчислено е, че кабелът не може да бъде стоманен. Просто ще се счупи под тежестта му. Материалът трябва да е 90 пъти по-здрав и 10 пъти по-лек от стоманата.

Инженерите щяха да използват въглеродни нанотръби като кабели, но се оказа, че е невъзможно да се изтъкат дълги кабели от такъв материал.

Съвсем наскоро се появи изобретение, което най-накрая може да превърне фантазията за космически асансьор в реалност. Екип от изследователи, ръководен от Джон Бадинг от Университета на Пенсилвания, създаде ултратънки нанонишки от микроскопични диаманти, които са значително по-здрави от нанотръбите и полимерните влакна.

Tokyo Sky Tree е телевизионна кула в района Сумида, най-високата телевизионна кула в света.

Ръководителят на изследователския отдел на компанията Obayashi Йоджи Ишикава смята, че ноу-хауто на университета в Пенсилвания наистина може да доближи човечеството до космоса. Той казва, че новият материал, разбира се, трябва да премине през редица тестове за здравина, но изглежда, че това е точно това, което той и колегите му са търсили толкова дълго.

Обаяши вече е построил високоскоростни асансьори за телевизионна кула с височина около 635 метра

НАСА също е тясно ангажирана в тайното разработване на космически асансьор. В бъдеще ще бъде възможно да се доставят части от гигантски междупланетни космически кораби в орбита и да се сглобяват в космоса. Такъв проект може да се реализира само с помощта на космически асансьор.

Но най-важното е, че държавата, която първа построи космически асансьор, ще монополизира сферата на транспортирането на космически товари в продължение на много векове.

Илюстрация към научнофантастичния роман на Ким Стенли Робинсън „Зеленият Марс“, изобразяващ
космически асансьор, инсталиран на Марс.

Въпреки че изграждането на космически асансьор вече е в нашите инженерни възможности, за съжаление напоследък страстите около тази конструкция утихнаха. Причината е, че учените все още не са успели да се сдобият с технологията за производство на въглеродни нанотръби с необходимата якост в индустриален мащаб.

Идеята за изстрелване на товари в орбита без ракети е предложена от същия човек, основател на теоретичната космонавтика - Константин Едуардович Циолковски. Вдъхновен от Айфеловата кула, която видял в Париж, той описал своята визия за космически асансьор под формата на кула с огромна височина. Върхът му просто би бил в геоцентрична орбита.

Асансьорната кула се основава на здрави материали, които предотвратяват компресията - но съвременните идеи за космически асансьори все още разглеждат версия с кабели, които трябва да бъдат яки на опън. Тази идея е предложена за първи път през 1959 г. от друг руски учен Юрий Николаевич Арцутанов. Първата научна работа с подробни изчисления на космически асансьор под формата на кабел е публикувана през 1975 г., а през 1979 г. Артър К. Кларк го популяризира в работата си „Фонтаните на рая“.

Въпреки че в момента нанотръбите са признати за най-здравия материал и единственият подходящ за изграждане на асансьор под формата на кабел, простиращ се от геостационарен сателит, силата на нанотръбите, получена в лабораторията, все още не е достатъчна, за да достигне изчислената якост.

Теоретично якостта на нанотръбите трябва да бъде повече от 120 GPa, но на практика най-голямото удължение на едностенна нанотръба е 52 GPa, а средно те се счупват в диапазона 30-50 GPa. Космическият асансьор изисква материали с якост от 65-120 GPa.

В края на миналата година най-големият американски фестивал за документални филми DocNYC прожектира филма Sky Line, който описва опитите на американски инженери да построят космически асансьор - включително участници в конкурса NASA X-Prize.

Главните герои във филма са Брадли Едуардс и Майкъл Лейн. Едуардс е астрофизик, който работи върху идеята за космически асансьор от 1998 г. Лейн е предприемач и основател на LiftPort, компания, насърчаваща търговската употреба на въглеродни нанотръби.

В края на 90-те и началото на 2000-те години Едуардс, след като получи грантове от НАСА, интензивно развива идеята за космически асансьор, изчислявайки и оценявайки всички аспекти на проекта. Всичките му изчисления показват, че тази идея е осъществима - само ако се появи влакно, достатъчно здраво за кабела.

Едуардс си партнира за кратко с LiftPort, за да търси финансиране за проекта за асансьор, но поради вътрешни разногласия проектът никога не се материализира. LiftPort затвори през 2007 г., въпреки че година по-рано успешно демонстрира робот, който се катери по дълъг километър вертикален кабел, окачен на балони, като част от доказателство за концепцията за част от технологията си.

Това лично пространство, съсредоточено върху ракети за многократна употреба, може напълно да измести развитието на космическите асансьори в обозримо бъдеще. Според него космическият асансьор е привлекателен само защото предлага по-евтини начини за доставка на товари в орбита, а ракетите за многократна употреба се разработват именно за да се намали цената на тази доставка.

Едуардс обвинява за стагнацията на идеята липсата на реална подкрепа за проекта. „Ето как изглеждат проектите, които стотици хора, пръснати по света, развиват като хоби. Няма да има сериозен напредък, докато няма реална подкрепа и централизиран контрол."

Ситуацията с развитието на идеята за космически асансьор в Япония е различна. Страната е известна с разработките си в областта на роботиката, а японският физик Сумио Ииджима се счита за пионер в областта на нанотръбите. Идеята за космически асансьор тук е почти национална.

Японската компания Obayashi се зарича да достави асансьор за работно пространство до 2050 г. Главният изпълнителен директор на компанията Йоджи Ишикава казва, че те работят с частни изпълнители и местни университети за подобряване на съществуващата нанотръбна технология.

Ишикава казва, че въпреки че компанията разбира сложността на проекта, те не виждат фундаментални пречки пред неговото изпълнение. Той също така смята, че популярността на идеята за космически асансьор в Япония е причинена от необходимостта да има някаква национална идея, която да обединява хората на фона на трудната икономическа ситуация от последните няколко десетилетия.

Ишикава е убеден, че въпреки че идея от такъв мащаб най-вероятно може да бъде реализирана само чрез международно сътрудничество, Япония може да се превърне в негова движеща сила поради голямата популярност на космическия асансьор в страната.

Междувременно канадската космическа и отбранителна компания Thoth Technology US № 9085897 за техния вариант на космически асансьор. По-точно, концепцията включва изграждането на кула, която запазва своята твърдост благодарение на сгъстения газ.

Кулата трябва да достави товари на височина 20 км, откъдето те ще бъдат изстреляни в орбита с помощта на конвенционални ракети. Този междинен вариант, според изчисленията на компанията, ще спести до 30% гориво в сравнение с ракета.

Тъкмо преглеждах научни проблеми, за които предлагат големи награди, и попаднах на този странен - ​​опъване на кабел в космоса.

За първи път хипотетичната идея за изграждане на такава структура, която ще се основава на използването на кабел, опънат от повърхността на планетата до орбиталната станция, е изразена през 1895 г. от Константин Циолковски. Оттогава, въпреки всички постижения на науката и технологиите, проектът остава само на етап идея.

Колко е наградният фонд за този проект?

От 2005 г. в САЩ се провеждат ежегодните състезания Space Elevator Games, организирани от Spaceward Foundation с подкрепата на НАСА. В тези състезания има две категории: „най-добър кабел“ и „най-добър робот (лифт)“.

Тоест, за да получите бонуса, не е необходимо да изграждате напълно работещ асансьор. Достатъчно е да се разработи идея за подходящ кабел или подходящ асансьор и да се изградят техни прототипи. През 2009 г. общият награден фонд на Space Elevator Games беше $4 000 000.

Защо има такъв интерес към този конкретен метод за изкачване в космоса? Сещаш ли се за нещо евтино? Но поддържането на такава сложна инфраструктура, издигането на кабел, премахването на скала - може да бъде по-скъпо от изстрелването на ракета. Колко маса може да се вдигне с такъв кабел? Не мисля, че е много и трябва да се вземат предвид и разходите за енергия.

Това са идеите, които сега блуждаят в умовете на изследователи и дизайнери за АСАНСЬОРА КЪМ КОСМОСА.

Асансьори, които могат да транспортират хора и товари от повърхността на планетата до космоса, може да означават края на ракетите, които замърсяват космоса. Но да се направи такъв асансьор е изключително трудно. Концепцията за космически асансьори е известна отдавна и е въведена от Константин Едуардович Циолковски, но оттогава не сме се доближили и на йота до практическото прилагане на такъв механизъм. Илон Мъск наскоро туитна: „И моля, не ми задавайте въпроси за космическите асансьори, докато не отгледаме въглероден нанотръбен материал с дължина поне метър.“

Илон Мъск е смятан от мнозина за визионера на нашето време - пионерът на частното изследване на космоса и човекът зад идеята за транспортната система Hyperloop, способна да транспортира хора от Лос Анджелис до Сан Франциско през метална тръба само за 35 минути. Но има някои идеи, които дори той смята за твърде пресилени. Включително космически асансьор.

„Невероятно трудно е. Не мисля, че изграждането на космически асансьор е реалистична идея“, каза Мъск на конференция в Масачузетския технологичен институт миналия октомври, добавяйки, че би било по-лесно да се построи мост от Лос Анджелис до Токио, отколкото асансьор, който може да пренася материали в космоса.

Изпращането на хора и полезни товари в космоса в капсули, които се движат по гигантски кабел, задържан от въртенето на Земята, е описано в творбите на писатели на научна фантастика като Артър С. Кларк, но е малко вероятно да бъде осъществимо в реалния свят. Оказва се, че се самозалъгваме и нашите способности не са достатъчни, за да разрешим този сложен технически проблем?

Привържениците на космическите асансьори смятат, че това е достатъчно. Те виждат химическите ракети като остарели, рискови, вредни за околната среда и финансово източване. Тяхната алтернатива е по същество влакова линия до космоса: космически кораб с електрическо задвижване, движещ се от котва на Земята върху тежкотоварна връзка, свързана с противотежест в геостационарна орбита около планетата. Веднъж пуснати в действие, космическите асансьори могат да доставят полезни товари в космоса само за $500 на килограм, в сравнение с $20 000 на килограм при сегашните цени.

„Тази феноменално мощна технология може да отвори слънчевата система за човечеството“, казва Питър Суон, президент на Международния консорциум за космически асансьори. „Мисля, че първите асансьори ще бъдат роботизирани и след 10-15 години ще направим шест до осем асансьора, които ще бъдат достатъчно безопасни, за да превозват хора.“

За съжаление, такава структура не само ще трябва да бъде дълга 100 000 километра - повече от два пъти обиколката на Земята - тя също така ще трябва да поддържа собственото си тегло. Засега на Земята няма материал с такива свойства.

Но някои учени вярват, че това може да се направи - и ще стане реалност през този век. Голяма японска строителна компания обеща да го създаде до 2050 ггодина. Американски изследователи, които наскоро разработиха подобен на диамант материал, направен от нановлакна, също смятат, че кабел за космически асансьор ще се появи преди края на века.

Дизайнът на такава невероятна структура ще се основава на специален кабел, изработен от тънки и ултраздрави въглеродни нанотръби. Този кабел ще бъде с дължина 96 хиляди километра.

Според законите на физиката центробежната сила на въртене ще предотврати падането на такъв кабел, разтягайки го по цялата му дължина. Ако успее, лифтът ще може да се движи със скорост от 200 км/ч, вдигайки до 30 души в кабината. На височина от 36 хиляди километра, която асансьорът ще достигне след седмица, е предвидено спиране. Асансьорът ще издига туристите до тази височина, а изследователи и специалисти ще могат да се изкачат до самия връх.

Съвременните идеи за космически асансьор датират от 1895 г., когато Константин Циолковски е вдъхновен от новопостроената Айфелова кула в Париж и изчислява физиката на изграждането на сграда, която се простира в космоса, така че космическите кораби да могат да бъдат изстрелвани от орбита без ракети. В романа на Артър К. Кларк от 1979 г. „Небесните фонтани“ главният герой изгражда космически асансьор с подобен дизайн на този, който се представя днес.

Но как да го превърнем в реалност? „Обичам възмутителното на идеята“, казва Кевин Фонг, основател на Центъра за надморска височина, космос и екстремна медицина към Университетския колеж в Лондон. „Разбирам защо хората харесват тази идея, защото ако можете да стигнете до ниска околоземна орбита евтино и безопасно, много скоро вътрешната слънчева система ще бъде на ваше разположение.“

Въпроси за сигурност

Препъникамъкът се крие в това как да се изгради такава система. „Като започнем с това, той трябва да бъде създаден от материал, който все още не съществува, но е здрав и гъвкав с правилните характеристики на маса и плътност, за да поддържа транспорт и да издържа на невероятни външни сили“, казва Фонг. „Мисля, че всичко това ще изисква серия от най-амбициозните орбитални мисии и космически разходки в ниска и висока околоземна орбита в историята на нашия вид.“

Има и опасения за безопасността, добавя той. „Дори и да можем да разрешим значителните технически трудности, свързани с изграждането на такова нещо, изображението, което се появява, е страшна картина на гигантско сирене с дупки, направени от целия този космически боклук и отломки отгоре.“

През последните 12 години са представени три подробни работни проекта. Първият, публикуван от Брад Едуардс и Ерик Уестлинг в книгата „Космически асансьори“ от 2003 г., предвижда превоз на 20-тонен полезен товар, задвижван от базирани на Земята лазери на цена от 150 долара на килограм и обща цена на строителството от 6 милиарда долара.

Вземайки тази концепция за основа, дизайнът на Международната асоциация на астронавтите от 2013 г. вече е изолирал кабината за първите 40 километра и след това я е оборудвал със слънчеви панели. Транспортирането по този план струва $500 на килограм, а изграждането на цялата конструкция струва $13 милиарда за първия проект (тогава винаги е по-евтино).

Тези предложения включват противотежест под формата на уловен астероид в околоземна орбита. Докладът на IAA показва, че този елемент може един ден да стане възможен, но не в близко бъдеще.

плаваща котва

Вместо това, частта от 1900 тона, която ще поддържа 6300-тонната връзка, може да бъде сглобена от космическия кораб и превозните средства, които пренасят връзката в космоса. Той също така ще бъде допълнен от заснети сателити, които са престанали да функционират и са оставени да висят в орбита като космически отломки.

Те също предложиха да си представим котвата на Земята като плаваща платформа с размерите на голям танкер или самолетоносач близо до екватора, тъй като това ще увеличи товароносимостта й. Предпочитаното местоположение е точка на 1000 километра западно от островите Галапагос: ураганите, тайфуните и торнадата се смятат за редки там.

Obayashi Corp., една от петте големи строителни компании в Япония, миналата година разкри планове за още по-здрав космически асансьор, превозващ роботизирани превозни средства, задвижвани от двигатели maglev като тези, използвани във високоскоростните железници. Те биха могли да транспортират хора с необходимата здравина на кабела. Този дизайн ще струва около 100 милиарда долара, но транспортирането ще струва 50-100 долара на килограм.

Въпреки че със сигурност има много препятствия, единственият компонент, без който днес изграждането на космически асансьор би било невъзможно, е самият кабел, казва Суон.

„Намирането на материал, от който да се направи кабел, е голям технологичен проблем“, казва той. - Всичко останало са глупости. Вече можем да направим всичко това.”

Диамантени проводници

Водещият претендент е кабел, направен от въглеродни нанотръби, които са създадени в лабораторията, за да имат якост на опън от 63 гигапаскала - 13 пъти по-здрава от най-добрата стомана.

Максималната дължина на въглеродните нанотръби непрекъснато се увеличава от откриването им през 1991 г. През 2013 г. китайските учени вече достигнаха половин метър дължина. Авторите на доклада на IAA прогнозират дължината на кабел от въглеродни нанотръби до 2022 г. да бъде километър, а до 2030 г. - необходимата за производството на космически асансьор.

Междувременно през септември беше представен нов претендент за космическата връзка. Екип, ръководен от Джон Бъдинг, професор по химия в Пенсилванския държавен университет, публикува статия в Nature, в която казват, че са създали ултратънки диамантени нановлакна, които може да са по-здрави и твърди от въглеродните нанотръби.

Екипът започна с компресиране на бензен при 200 000 атмосфери атмосферно налягане. Когато след това налягането бавно се освободи, атомите се сглобиха отново в нова, силно подредена структура, като тетраедър.

Тези форми се свързват заедно, за да образуват ултратънки нановлакна, изключително подобни по структура на диаманта. Въпреки че все още не е възможно да се измери директно силата им поради техния размер, теоретичните изчисления показват, че влакната може да са по-здрави и твърди от най-здравите синтетични материали, налични днес.

Намаляване на риска

„Ако можем да се научим да произвеждаме материали на базата на диамантени нановлакна или въглеродни нанотръби достатъчно дълги и с високо качество, науката предполага, че можем да започнем да изграждаме космически асансьор веднага“, казва Бъдинг.

Но дори ако един от тези материали се окаже достатъчно здрав, сглобяването и инсталирането на отделни елементи на космически асансьор остава много проблематично начинание. Други главоболия ще включват сигурност, набиране на средства, задоволяване на конкуриращи се интереси и т.н. Поне Swan не се тревожи за това.

„Разбира се, че ще има сериозни проблеми, точно като тези, които построиха първата трансконтинентална железопътна линия и Панамския и Суецкия канал“, казва той. „Ще отнеме много време и пари, но като всички големи предприятия, трябва да преодолеете препятствията само веднъж.“

Дори Мъск не може да се накара да дискредитира тази идея. „Това очевидно не е нещо, за което можем да говорим сега“, каза той. „Но ако някой успее да ме убеди в противното, би било страхотно.“

И някои учени изразяват следните пет причини, поради които такъв асансьор никога няма да бъде построен:

1. Няма достатъчно здрав материал за кабела

Натоварването на кабела може да надхвърли 100 000 kg/m, така че материалът за неговото производство трябва да има изключително висока якост, за да издържи на разтягане, и в същото време много ниска плътност. Въпреки че няма такъв материал, дори въглеродните нанотръби, които сега се считат за най-здравите и най-еластични материали на планетата, не са подходящи.

За съжаление технологията за тяхното производство тепърва започва да се развива. Досега е било възможно да се получат малки парчета материал: най-дългата нанотръба, която е била създадена, е с дължина няколко сантиметра и ширина няколко нанометра. Все още не е известно дали някога ще бъде възможно да се направи достатъчно дълъг кабел от това.

2. Податливост на опасни вибрации

Кабелът ще бъде податлив на непредвидими пориви на слънчевия вятър - под негово влияние ще се огъне и това ще се отрази негативно на стабилността на асансьора. Микромоторите могат да бъдат прикрепени към кабела като стабилизатори, но тази мярка ще създаде допълнителни трудности по отношение на поддръжката на конструкцията. В допълнение, това ще затрудни движението на специални кабини, така наречените „катерачи“, по кабела. Най-вероятно кабелът ще влезе в резонанс с тях.

3. Кориолисова сила

Кабелът и „катерачите“ са неподвижни спрямо повърхността на Земята. Но по отношение на центъра на Земята обектът ще се движи със скорост от 1700 км/ч на повърхността и 10 000 км/ч в орбита. Съответно, на „катерачите“ трябва да се даде тази скорост при изстрелване. „Алпинистът“ се ускорява в посока, перпендикулярна на кабела, и поради това кабелът ще се люлее като махало. В същото време възниква сила, която се опитва да откъсне нашия кабел от Земята. Силата е обратно пропорционална на деформацията на кабела и право пропорционална на скоростта на повдигане на товара и неговата маса. По този начин силата на Кориолис предотвратява бързото повдигане на товари в геостационарна орбита.
Можете да се борите със силата на Кориолис, като просто изстреляте два „катерача“ едновременно - от Земята и от орбита, но тогава силата между двата товара ще разтегне кабела още повече. Друг вариант е болезнено бавно изкачване по гъсеници.

4. Сателити и космически отпадъци

През последните 50 години човечеството изстреля много обекти в космоса – полезни и не толкова. Или строителите на асансьори ще трябва да намерят и премахнат всичко това (което е невъзможно, предвид броя на полезните спътници или орбитални телескопи), или да осигурят система, която защитава обекта от сблъсъци. Кабелът теоретично е неподвижен, така че всяко тяло, което се върти около Земята, рано или късно ще се сблъска с него. Освен това скоростта на сблъсък ще бъде почти равна на скоростта на въртене на това тяло, така че ще бъдат причинени големи щети на кабела. Кабелът не може да се маневрира, а и е дълъг, така че сблъсъците ще са чести.
Все още не е ясно как да се справим с това. Учените говорят за изграждане на орбитален космически лазер за изгаряне на боклука, но това е напълно извън сферата на научната фантастика.

5. Социални и екологични рискове

Космическият асансьор може да стане цел на терористична атака. Една успешна операция по разрушаване ще причини огромни щети и дори може да погребе целия проект, така че едновременно с асансьора ще трябва да изградите денонощна защита около него.

Еколозите смятат, че кабелът, парадоксално, може да измести земната ос. Кабелът ще бъде твърдо фиксиран в орбита и всяко негово движение в горната част ще се отразява на Земята. Между другото, можете ли да си представите какво ще стане, ако изведнъж се счупи?

Следователно е много трудно да се реализира такъв проект на Земята. Сега добрата новина: ще работи на Луната. Гравитационната сила върху сателита е много по-малка и на практика няма атмосфера. В гравитационното поле на Земята може да се създаде котва и кабел от Луната ще премине през точката на Лагранж - по този начин получаваме комуникационен канал между планетата и нейния естествен спътник. При благоприятни условия такъв кабел ще може да транспортира около 1000 тона товари на ден в околоземна орбита. Материалът, разбира се, ще трябва да бъде супер силен, но няма да се налага да измисляте нещо фундаментално ново. Вярно е, че дължината на „лунния“ асансьор ще трябва да бъде около 190 000 км поради ефект, наречен траектория на Гоманов.

източници

Въпреки че изграждането на космически асансьор вече е в нашите инженерни възможности, за съжаление напоследък страстите около тази конструкция утихнаха. Причината е, че учените все още не са успели да се сдобият с технологията за производство на въглеродни нанотръби с необходимата якост в индустриален мащаб.

Идеята за изстрелване на товари в орбита без ракети е предложена от същия човек, основател на теоретичната космонавтика - Константин Едуардович Циолковски. Вдъхновен от Айфеловата кула, която видял в Париж, той описал своята визия за космически асансьор под формата на кула с огромна височина. Върхът му просто би бил в геоцентрична орбита.

Асансьорната кула се основава на здрави материали, които предотвратяват компресията - но съвременните идеи за космически асансьори все още разглеждат версия с кабели, които трябва да бъдат яки на опън. Тази идея е предложена за първи път през 1959 г. от друг руски учен Юрий Николаевич Арцутанов. Първата научна работа с подробни изчисления на космически асансьор под формата на кабел е публикувана през 1975 г., а през 1979 г. Артър К. Кларк го популяризира в работата си „Фонтаните на рая“.

Въпреки че в момента нанотръбите са признати за най-здравия материал и единственият подходящ за изграждане на асансьор под формата на кабел, простиращ се от геостационарен сателит, силата на нанотръбите, получена в лабораторията, все още не е достатъчна, за да достигне изчислената якост.

Теоретично якостта на нанотръбите трябва да бъде повече от 120 GPa, но на практика най-голямото удължение на едностенна нанотръба е 52 GPa, а средно те се счупват в диапазона 30-50 GPa. Космическият асансьор изисква материали с якост от 65-120 GPa.

В края на миналата година най-големият американски фестивал за документални филми DocNYC прожектира филма Sky Line, който описва опитите на американски инженери да построят космически асансьор - включително участници в конкурса NASA X-Prize.

Главните герои във филма са Брадли Едуардс и Майкъл Лейн. Едуардс е астрофизик, който работи върху идеята за космически асансьор от 1998 г. Лейн е предприемач и основател на LiftPort, компания, насърчаваща търговската употреба на въглеродни нанотръби.

В края на 90-те и началото на 2000-те години Едуардс, след като получи грантове от НАСА, интензивно развива идеята за космически асансьор, изчислявайки и оценявайки всички аспекти на проекта. Всичките му изчисления показват, че тази идея е осъществима - само ако се появи влакно, достатъчно здраво за кабела.

Едуардс си партнира за кратко с LiftPort, за да търси финансиране за проекта за асансьор, но поради вътрешни разногласия проектът никога не се материализира. LiftPort затвори през 2007 г., въпреки че година по-рано успешно демонстрира робот, който се катери по дълъг километър вертикален кабел, окачен на балони, като част от доказателство за концепцията за част от технологията си.

Това лично пространство, съсредоточено върху ракети за многократна употреба, може напълно да измести развитието на космическите асансьори в обозримо бъдеще. Според него космическият асансьор е привлекателен само защото предлага по-евтини начини за доставка на товари в орбита, а ракетите за многократна употреба се разработват именно за да се намали цената на тази доставка.

Едуардс обвинява за стагнацията на идеята липсата на реална подкрепа за проекта. „Ето как изглеждат проектите, които стотици хора, пръснати по света, развиват като хоби. Няма да има сериозен напредък, докато няма реална подкрепа и централизиран контрол."

Ситуацията с развитието на идеята за космически асансьор в Япония е различна. Страната е известна с разработките си в областта на роботиката, а японският физик Сумио Ииджима се счита за пионер в областта на нанотръбите. Идеята за космически асансьор тук е почти национална.

Японската компания Obayashi се зарича да достави асансьор за работно пространство до 2050 г. Главният изпълнителен директор на компанията Йоджи Ишикава казва, че те работят с частни изпълнители и местни университети за подобряване на съществуващата нанотръбна технология.

Ишикава казва, че въпреки че компанията разбира сложността на проекта, те не виждат фундаментални пречки пред неговото изпълнение. Той също така смята, че популярността на идеята за космически асансьор в Япония е причинена от необходимостта да има някаква национална идея, която да обединява хората на фона на трудната икономическа ситуация от последните няколко десетилетия.

Ишикава е убеден, че въпреки че идея от такъв мащаб най-вероятно може да бъде реализирана само чрез международно сътрудничество, Япония може да се превърне в негова движеща сила поради голямата популярност на космическия асансьор в страната.

Междувременно канадската космическа и отбранителна компания Thoth Technology получи патент на САЩ № 9 085 897 миналото лято за тяхната версия на космически асансьор. По-точно, концепцията включва изграждането на кула, която запазва своята твърдост благодарение на сгъстения газ.

Кулата трябва да достави товари на височина 20 км, откъдето те ще бъдат изстреляни в орбита с помощта на конвенционални ракети. Този междинен вариант, според изчисленията на компанията, ще спести до 30% гориво в сравнение с ракета.