Фантасты на протяжении всего двадцатого
века мечтают о выводе грузов и человека на околоземную орбиту не с
помощью, привычных нам ракет-носителей, а посредством специального
устройства, которое называется «космический лифт». У многих людей не
укладывается в уме, как это возможно, однако современные исследования в
этой области уже максимально приблизились к практическому воплощению
плода воображения фантастов. В данной статье будет рассматриваться
конструкция космического лифта, его экономическое и техническое
обоснование.
Итак, принцип работы космического лифта
основан на применении специально натянутого между орбитальной платформой
и поверхностью земли троса. В дополнении используется система
противовесов и подъемный механизм.
Основание лифта расположено на
поверхности Земли. С него и начинается процесс подъема груза на орбиту.
Размещать основание планируется, в том числе, и на водных подвижных
платформах, преимущество которых заключается в защите от ураганов и
метеоритов ввиду мобильности. Стационарные базы привлекают внимание
из-за своей дешевизны и доступности источников энергии. К тому
появляется возможность регулировки длины троса, что может быть критичным
для требований по его толщине и массе.
К тросу космического лифта предъявляются
очень жесткие требования по надежности. Он должен быть изготовлен из
высокопрочного, имеющего высокий показатель прочности на разрыв,
материала. Экономически космический лифт будет оправдан только в том
случае, если будет возможность его промышленного производства с
параметрами плотности, близкими к графиту. Растяжимость троса должна
быть около 100 гигапаскалей, в то время как этот параметр для
большинства материалов значительно ниже (например, для стали – до 5ГПа, а
для алмазных волокон – 30-50 ГПа). Выходом из ситуации может быть
использование углеродных нанотрубок, по теории имеющих гораздо лучшие
параметры, чем те, которые требуются для изготовления троса для
космического лифта. К сожалению, в настоящее время технологии
изготовления таких трубок не могут быть налажены в промышленных
масштабах. Хотя теоретически растяжимость углеродных трубок равна 120
ГПа, практически были достигнуты значения 40-50 ГПа. Для достижения
верхнего порога растяжимости необходимо улучшать чистоту материала
трубок.
Космический лифт позволит заметно
понизить затраты на доставку грузов на орбиту. В настоящее время
ракетная техника доставляет грузы на орбиту, исходя из стоимости 20000
долларов за килограмм, в то время как перспективный космический лифт
позволит делать это за несколько сот долларов, а то и меньше.
Строительство орбитального лифта
выльется в круглую сумму, однако, так как операционные расходы не так уж
велики, лифт рационально будет использовать для подъема значительных
объемов груза. Строительство лифта ограничивает и тот факт, что рынок
доставки грузов на орбиту в настоящее время недостаточно развит. Однако
все может измениться, если уменьшится удельная стоимость доставки грузов
– это приведет к большему разнообразию подобных предложений.
На 2012 год разработкой космического
лифта занимаются в НАСА. Для финансирования программы выделено 12 млрд.
долларов. Первый этап исследования показал, что постройка лифта, в
принципе, является реальной инженерной задачей и ограничена только
возможностями существующих материалов. Параллельно государственным
структурам разработкой занимается частная компания Liftport, по
заявлениям которой, цель будет достигнута в течение 5–10 лет. |