Высота 96 000 км: космический лифт может быть построен к 2035 году

Представьте ленту, чья длина примерно в 100 млн раз больше, чем ширина. При длине в 1 м её ширина была бы 10 нанометров, что всего в несколько раз толще, чем наша ДНК. Сделайте ленту длиной с футбольное поле, и её ширина будет меньше микрометра, — даже красная кровяная клетка больше по размеру. Вы доверите свою жизнь такой нити? А как насчёт троса длиной в 100 000 км, один конец которого закреплён на поверхности Земли, а другой болтается на геостационарной орбите, при этом диаметр едва достигает размаха ваших рук?

Идея подъёма на орбиту по такой ленте выглядит уже достаточно сомнительно. Однако в отчёте, опубликованном Международной Академией Астронавтики, предсказывается возможность создания подобного троса, способного единовременно нести до семи 20-тонных грузов. Согласно отчёту, для обеспечения натяжения троса, на конце, расположенном в космосе, должен крепиться «якорь» массой около 2 тыс тонн. Доставка грузов по такой «магистрали» может коренным образом изменить всю программу освоения космоса. Ведь подобная технология позволит каждые два дня отправлять на орбиту груз, который сравним с грузоподъёмностью космических шаттлов.

350 страниц упомянутого отчёта посвящены подробному описанию этого космического лифта. Главная мысль о необходимости скорейшей постройки такого устройства подкрепляется детальным анализом задач, которые придётся для этого решить. Теоретическая выгода рассчитана очень просто: доставка грузов космическим лифтом может снизить удельную стоимость с 20 000 $/кг до 500 $/кг.

Геостационарная орбита полезна не только для задач вывода спутников, но и для удешевления запуска дальних летательных аппаратов. Полёт на Марс может быть начат с запуска корабля с помощью небольших ракетных ускорителей, набора скорости за 1-3 витка вокруг Земли с последующим «отрывом» в сторону пункта назначения. Это позволит сэкономить огромные средства по сравнению с традиционным наземным стартом. Также космический лифт позволит радикально упростить задачу создания баз на Луне и Марсе.

Выгоды обещают быть велики, поэтому данный проект стоит того, чтобы в него были осуществлены серьёзные частные инвестиции. Правительства и корпорации тратят миллиарды на строительство инфраструктуры в космосе, и лифт легко может стать самоокупаемым проектом. Этот способ доставки будет интересен учёным, телекоммуникационной отрасли и военным. Кроме того, подобная транспортная магистраль сделает проект добычи полезных ископаемых на Луне и астероидах менее фантастичным, так что космическим лифтом могут заинтересоваться и добывающие корпорации. Безусловно, проект получится дорогим, возможно, самым дорогим проектом в истории. Но, в то же время, он сможет обеспечить большую экономию множеству заинтересованных участников, от Google до DARPA и Exxon, так что вопрос финансирования может быть решён.

Расчёты IAA по увеличению количества выводимых на орбиту грузов с помощью разных технологий.

В отчёте перечислены различные технические сложности на пути к реализации столь амбициозного проекта, но наибольшие трудности вызовет создание самого троса. Наука пока не может предложить материал, обладающий достаточной прочностью, гибкостью и плотностью. Существующие технологии пока позволяют лишь приступить к созданию 100-км тросов, что более чем недостаточно для достижения геостационарной орбиты.

На основании сегодняшних исследований углеродных нанотрубок и подобных технологий, в IAA считают, что к 2025 году станет возможным создание троса длиной в 1000 км. В случае дальнейших исследований в данной сфере и успешного использования околоземных орбит (высоты от 160 до 1900 км), к 2035 году возможно достижение геостационарной орбиты.

Предложенная конструкция лифта вряд ли может быть ещё проще: трос с двумя грузами на концах (морская платформа и космический якорь), находящаяся в состоянии натяжения благодаря центростремительной силе. В качестве якоря многие предлагают использовать астероид, однако IAA указывает, что для осуществления миссии по «поимке» подходящего небесного тела как раз в первую очередь и понадобится космический лифт. Вместо этого проект предлагает использовать в качестве якоря большой массив… мусора. Например, отслужившие спутники, космический мусор и изношенную технику, использовавшуюсь для строительства лифта. Любопытно, что, по мнению авторов, трос длиной 150 000 км и более будет обладать собственной массой, достаточной для того, чтобы вообще отказаться от якоря. Вне зависимости от длины, трос должен иметь криволинейное сечение, чтобы предотвратить риск разрыва в случае повреждения края ленты. 

Для снижения массы грузовых платформ авторы предлагают сделать их из металлического профиля с усилением из сетки на основе углеродных нанотрубок. Как вам понравится путешествовать в космос в огромном гамаке? Каждая платформа будет использовать для подъёма двухступенчатый двигатель. Например, на начальном отрезке будет использоваться энергия лазеров, сфокусированных на поверхности в точке старта, или энергия от спутника. По достижении 40-км высоты может быть использована энергия от солнечных панелей, размещённых на грузовой платформе. В IAA надеются, что путь из конца в конце займёт не более 7 дней. Не быстро, зато ОЧЕНЬ дешёво. В любом случае, это гораздо быстрее, чем современный способ вывода с помощью ракет, занимающий месяцы.

Вариант конструкции солнечных панелей для грузовой платформы.

IAA недвусмысленно заявляют, что космический лифт является слишком дорогостоящим ресурсом, чтобы размещать его на территории какой-то страны. В качестве иллюстрации приводится Суэцкий канал, обладание котором конкретной страной влияет на глобальную транспортную инфраструктуру. Безусловно, каждое правительство захочет единолично обладать таким объектом, как космический лифт. Однако условия финансирования строительства могут обеспечить «независимость» этого объекта.
Ещё одной проблемой является физический размер лифта, который может стать причиной различных юридических и территориальных конфликтов, включая нарушение воздушного пространства разных стран и нарушение правового режима космического пространства. Каждый из этих конфликтов сам по себе станет уникальной политической проблемой. Например, США вполне могут лоббировать постройку лифта на территории Китая, чтобы осуществлять с него разведку своего главного геполитического соперника.

Важнейшей проблемой является обеспечение защиты от террористических атак и военных конфликтов: даже будучи политически нейтральным и располагаясь на морской платформе, вокруг лифта будет установлена одна из строжайших зон, закрытых для полётов. Лифт придётся обеспечить мощной противолодочной и противокорабельной обороной, как и мощнейшей системой ПВО и ПРО. В космосе необходимо будет решить проблему защиты от спутников. Несмотря на возможный международный статус проекта, его функционирование потребует финансирования со стороны конкретных стран — например, как это происходит в случае с ООН.

Команда учёных работает над тросом YES2, имеющим длину около 30 км при долщине 0,5 мм.

Однажды Артур Кларк сказал, что человечество построит космический лифт через 10 лет после того, как эта идея перестанет вызывать смех. Она перестала. Он сказал это в 2003 году, однако пока его предсказание не сбылось. Концепт космического лифта только сейчас начал всерьёз рассматриваться в НАСА, на фоне сокращающегося бюджета и роста общественного внимания. Космос быстро превращается в «узкое место» нашего технологического развития.

На сегодняшний день углеродные нанотрубки являются самым перспективным материалом для создания троса.

Все самые амбициозные проекты, от мега-телескопов и разведывательных сетей до космической добычи минералов и глобального высокоскоростного интернета, требуют более дешёвого, быстрого и удобного доступа к космическому пространству, требуют отказа от использования ракет-носителей. Это одновременно и скучный транспортный проект, и невиданный ранее рукотворный объект, иллюстрирующий мощь науки и техники, требующий международного сотрудничества для своего осуществления. По мнению авторов, это сотрудничество всё же может перестать быть самой большой трудностью этого проекта.