Космический лифт между Землей и Луной может стать реальностью
Согласитесь, сегодня только ленивый не слышал о космическом лифте. Впервые идею подобного сооружения, которое поможет запускать грузы в космос без использования ракет, высказал основоположник отечественной космонавтики Константин Циолковский в 1895 году. Позже, в 1960 году, ленинградский инженер Юрий Арцутанов занялся разработкой этой идеи. Как и французский писатель Жюль Верн, написавший роман о путешествии человека на Луну в 1865 году, Циолковский и Арцутанов опередили свое время. Наши постоянные читатели знают, что создание космического лифта возможно и мы неоднократно об этом писали. Недавно ученые из Кембриджского и Калифорнийского университетов опубликовали исследование, результаты которого гласят, что новая конструкция возведения лифта способна значительно упростить космические путешествия.
Космический лифт уже давно описывается в романах писателей-фантастов
Что нужно знать о космическом лифте
Немудрено, что первыми идеей о подобном сооружении заинтересовались научные фантасты. Не секрет, что Чарльз Артур Кларк при написании романа «Фонтаны рая» приезжал за консультацией к Юрию Арцутанову в Ленинград. Конечно, не стоит забывать о том, что то было время расцвета научной фантастики и идей о покорении космоса.
Времена изменились. То, что казалось фантастикой в прошлом веке, век нынешний превращает в реальность. Наверняка вы читали о том, что ученые хотят построить космический лифт к 2050 году. И все же, давайте разберемся что представляет из себя так называемый космический лифт.
Больше интересных фактов о транспорте будущего можно найти на нашем канале в Яндекс.Дзен
В современном понимании идея космического лифта заключается в том, чтобы специальные автомобили доставляли людей и грузы на поверхность спутника нашей планеты. Для этого потребуется возвести на Луне орбитальную станцию. Основным компонентом этого транспортного средства должен стать прочный тросс, который будет протянут от поверхности Земли до Луны.
Так может выглядеть космический лифт в представлении художника
По мнению разработчиков японской компании Obayashi, которые заявили о намерении построить космический лифт в течение 30 лет, подобные перевозки будут обходиться намного дешевле, чем использование ракет. Ввиду экономической выгоды, идею космического лифта готовы поддержать многие.
Что предлагают ученые на этот раз
Движимые идеей об уменьшении стоимости космических путешествий, ученые предложили новый тип космического лифта — космическую линию. В своем исследовании ученые описывают, что космическая линия будет «привязана» к поверхности Луны, свисая на геостационарную орбиту вокруг Земли.
Удивительно реальным это предложение делает еще и то, что космическая линия может быть построена из уже существующих материалов, что повышает вероятность легких космических путешествий и, возможно, даже создание орбитальных поселений. Согласитесь, удобно. Ведь вместо того, чтобы запускать ракеты с орбиты, космонавтам нужно будет достичь конечной точки космической линии.
По мнению авторов исследования эта линия станет частью инфраструктуры, очень похожей на раннюю железную дорогу — перемещение людей и предметов пользования по ней намного проще и легче, чем то же путешествие в глубокий космос. Наземные космические лифты были бы слишком обременительны для любого существующего материала — сильное гравитационное притяжение Земли и скорость вращения нашей планеты привели бы к разрыву троса.
Возможный вид на Землю с космического лифта
Поэтому ученые полагают, что риск катастрофического коллапса снизится, если космическая линия будет привязана только к Луне. По мнению специалистов углеродные нанотрубки станут лучшим материалом для использования при строительстве. Следует отметить, что на данном этапе ученые не учитывали вероятность столкновения космического мусора на околоземной орбите с космической линией.
Обсудить эти и другие не менее смелые предположения ученых можно в нашем Telegram чате
Если идеи высказанные учеными удастся претворить в жизнь, в будущем человечество будет использовать комическую линию в качестве привязного устройства для орбитальных телескопов, исследовательских центров и других объектов, которые могут зависать в точке Лагранжа — на высоте, на которой расположена Луна, а Земля оказывает равную, но противоположную гравитационной силу.
Пока сложно сказать как все окажется на самом деле. Чем не пища для ума научных фантастов?
Источник
Последний этаж — Луна. Зачем нужен космический лифт и на чём он будет держаться
Если говорить именно о лунном, то, с одной стороны он будет прикреплён к нашей прекрасной спутнице, а с другой — нет, не к Земле. Не совсем к Земле. С нашей стороны он не будет прикреплён вообще. Спокойно!
Коллаж © LIFE. Фото © Shutterstock, © NASA
Ну так вот. Во-первых, чтобы не путаться, сначала давайте строить такой лифт, который из фантастических произведений. Из «Космической одиссеи» Артура Кларка, например. То есть лифт на орбиту.
Для этого мы с вами первым делом полетим и посмотрим, с чем мы имеем дело. Стартовая площадка у нас будет, наверное, в Конго, а может быть, в Бразилии — в общем, экватор нужен. Это очень важно. Оттуда поднимаемся на высоту 35 тысяч километров и становимся спутниками Земли. МКС, собственно, на высоте всего 408 километров обосновалась и тоже не падает, но нам сейчас туда не надо. А надо именно, как рассчитали, 35 тысяч 786 километров, потому что там очень интересно. Дело в том, что мы там будем вроде бы и лететь, а вроде и на том же месте оставаться. Очень просто: наша скорость будет равна скорости вращения Земли. Смотрите:
Это геостационарная орбита. По ту сторону Атлантики предпочитают говорить «орбита Кларка». Улавливаете? Вот что значит популяризатор науки. Почему-то не говорят «орбита Циолковского». Про Арцутанова вообще мало кто знает. А вот Кларк знал. Не мог не знать.
Итак, Константин Эдуардович Циолковский в 1895 году увидел Эйфелеву башню и мысленно, математически поднялся по ней над пошлым земным муравейником до высот, соответствующих его уму. В 1959 году Юрий Николаевич Арцутанов всё подробно рассчитал и опубликовал статью, называлась она «В космос — на электровозе». И ещё одна была, в журнале «Знание — сила», «В космос без ракет: новая идея космического старта». А в 1968 году выходит фильм Стэнли Кубрика «Космическая одиссея: 2001». Кстати, книгу Кларк написал чуть позже, на основе своего же сценария.
Концепция такая: протянуть суперпрочный трос от экватора до самой геостационарной орбиты и даже дальше. Он будет всегда натянут по одной простой причине: планета вертится, поэтому есть центробежная сила. В большинстве предложенных вариантов на том конце имеется противовес.
На данный момент надежды возлагаются на углеродные нанотрубки. Это такая структура из атомов углерода, которые складываются в трубу диаметром в несколько нанометров, то есть её можно увидеть только под мощным микроскопом. Эти трубки удаётся получать в печах из углеводородов и делать из них волокна. И волокна эти получаются такой прочности, что любая сталь позавидует. Кстати, у Кларка космический лифт построен из алмаза — тоже, вообще говоря, углерод. Самый твёрдый камень во Вселенной. Откуда, спрашиваете, такое богатство? А вы почитайте, там всё изложено. Ладно уж, проспойлерим: там в книге Юпитер, понимаете ли, взорвали, а тогда считалось, что его ядро — чудовищный алмаз величиной с Землю. Сейчас, правда, полагают, что это не есть факт, что там, скорее, железо, никель, какие-то вроде каменистые породы, но, в общем, ничего особо баснословного.
Но заметьте: мы без таких варварских методов сами похимичили с тем же углеродом и сделали материал, квадратный миллиметр которого может держать на себе тонну груза.
Дело всё в том, что, даже если эти нанотрубки выдержат всё, что мы на них взвалим, это ещё не совсем эврика: в режиме лифтов даже самых шикарных небоскрёбов мы будем подниматься на орбиту неделями, а на Луну (а туда мы сейчас с вами тоже поедем) — месяцами. Но физики сказали: а не надо ехать в обычном лифте. Космическому пристало работать на магнитной подвеске. Это примерно так: трос покрываем слоем сверхпроводника, то есть вещества с фантастическим даром проводить электрический ток. Что характерно, когда очень холодно, то этот дар проявляется у с виду непримечательных веществ, к примеру у свинца. Мы этот ток включаем, и трос создаёт магнитное поле, направленное куда нам надо, а надо сначала наверх, чтобы гравитацию одолеть, а потом, наоборот, вниз, чтобы немного всё-таки притормаживать и не улететь дальше положенного. И обратно, на Землю, возвращаемся по тому же принципу: сначала нас тянет вниз, когда же начнётся земная тяжесть, пригодится сила, толкающая к небу, потому что на ускорении свободного падения и расшибиться недолго.
Есть ещё один вариант. Его предложили в Институте прикладной математики имени Келдыша. Сделать не один трос, а целую конструкцию из многих таких верёвок. Получается такая Шуховская башня. С одной стороны, как-то спокойнее: даже если сразу несколько штук оборвутся, сам лифт не упадёт. А оборваться может: давайте вспомним, сколько наверху болтается разного мусора. В то же время и ехать подольше: кабины спокойно едут вместе с тросом до орбиты. две недели. Две недели в лифте.
Ситуация следующая: Луна на нас смотрит довольно печально, зато никогда от нас не отворачивается. А знаете, как это называется? Приливный захват. Это бывает всякий раз, когда спутник оказывается достаточно близко к планете или планета к звезде. К примеру, недавно открыли экзопланету у ближайшей к нам Проксимы Центавра, так там то же самое: она вращается вокруг себя с той же скоростью, что и вокруг звезды. Так что на одной стороне вечный день, а на другой — ночь. А где-нибудь в зоне терминатора всегда пять часов и пора пить чай. Терминатор — это граница света и тьмы на поверхности. Название фильма сразу приобретает особый смысл, правда?
Вот. С таким замечательным синхронным вращением, стало быть, лифт тоже не будет никуда уходить. А вот Земля всё время уходит. В том смысле, что она по-своему вращается и то Африкой поворачивается, то Латинской Америкой, то вообще океаном. Это не очень удобно, конечно. Поэтому решили сделать так, чтобы лифт начинался в стратосфере, на высоте 50 километров. Конечно, хорошо бы пониже, но никак нельзя: надо, чтобы атмосферы не было или почти не было. Только вдумайтесь: Земля вместе с нами и с воздухом монотонно поворачивается себе со скоростью 450 метров в секунду. На минуточку, скорость эта — сверхзвуковая. А теперь повесьте в воздухе кабину лифта или что угодно. Неподвижно. Если её будет обдувать с таким напором, она просто сгорит, как метеор.
Насчёт того, как лифт между Землёй и Луной будет стабилизирован, не извольте беспокоиться: физики уверяют, что гравитация обеих всё уравновешивает — одна тянет к себе, другая к себе. Получается перетягивание каната.
Позвольте, а как же мы будем, извините, в кабину садиться? На космоплане, очевидно, добираться надо. Это, кстати, уже не фантастика. Пожалуйста: Boeing X-37, высота полёта до 750 километров. Между прочим, российские проекты тоже были. Но это уже другая история.
Источник
Что такое космический лифт и когда его построят?
Что такое космический лифт?
На преодоление земного притяжения во время космических полетов тратится огромное количество энергии и денег. Каждый дополнительный килограмм груза на корабле стоит не одну тысячу долларов. И чем дальше летит космический аппарат — тем больше требуется средств.
Именно поэтому ученые предложили оптимальный, на их взгляд, способ доставки грузов за пределы Земли — космический лифт. Это сверхпрочный трос длиной от 42 тыс. до 100 тыс. км, который тянется от Земли до ее орбиты или орбиты ближайших спутников — например, Луны.
В современном понимании космический лифт будет состоять из блоков, которые передвигаются вверх и вниз по тросу от космодрома на экваторе до космической станции на геостационарной орбите (то есть орбите Земли над экватором, используемой для искусственных спутников). Центробежные силы, вызванные вращением Земли, будут удерживать трос в воздухе. Стоимость проекта оценивают в $10 млрд [1], при этом доставка грузов подешевеет с $3500 до $25 за 0,45 кг (1 фунт).
История идеи космического лифта
Впервые идею безракетной доставки грузов на орбиту предложил в 1895 году Константин Циолковский — основоположник теории космонавтики. Он вдохновился Эйфелевой башней в Париже и предложил построить по ее подобию космический лифт. В теории Циолковского лифт представлял собой башню из прочных материалов, которые препятствуют его сжатию, а верхушка его находилась бы на геоцентрической орбите.
В 1959 году российский ученый Юрий Арцутанов предложил идею лифта, который приводится в движение тросами, устойчивыми к растяжению. В 1975 году появились научные работы с соответствующими расчетами, а в 1979-м Артур Кларк описал идею космического лифта в «Фонтанах рая».
Реально ли построить космический лифт?
Чтобы построить космический лифт, нужен сверхпрочный материал, который способен выдержать многотонные грузы и не сломаться под влиянием атмосферного давления. Таким материалом могут быть нанотрубки, но на сегодня их прочности недостаточно: при необходимых 120 ГПа самый лучший результат испытаний — пока что 52 ГПа. Большие надежды возлагают на графен, который в 200 раз прочнее стали.
Вторая проблема — это космический мусор: мелкие астероиды, обломки ракет, вышедшие из строя спутники, всего около 500 тыс. единиц. Все они вращаются по той же орбите и могут повредить лифт. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают различные технологии для сбора мусора, вплоть до совместных проектов с Минобороны США.
Какие проекты есть сейчас?
Самый амбициозный проект космического лифта предложили исследователи Зефир Пеньор из Кембриджского университета и Эмили Сэндфорд из Колумбийского университета. Их лифт представляет собой кабель, который соединяет Землю с Луной. По расчетам исследователей, такой кабель достаточно протянуть от Луны до геосинхронной орбиты (то есть орбиты Луны). Изготовить его можно из углеродных полимеров толщиной с карандаш.
Лифт, согласно проекту, совершает полный оборот раз в месяц. Это позволит распределить центробежную силу так, чтобы она проходила через точку Лагранжа — там, где гравитационные поля Земли и Луны полностью нейтрализуют друг друга. Там же предлагают разместить орбитальные станции (сейчас они вращаются на орбите Земли). В точке Лагранжа значительно меньше изменение скорости силы тяжести, поэтому оброненные предметы остаются рядом, а не улетают в атмосферу.
На реализацию проекта понадобятся миллиарды долларов. Но это позволит на две трети сократить расходы на топливо, которое уходит на запуски ракет. Кроме того, проект откроет возможности для создания колоний-поселений на поверхности Луны.
С 2005 года NASA проводит конкурс на лучшую модель космического лифта — аппарата, который поднимется по тросу на максимальную высоту с максимальной скоростью. Подобные же конкурсы проводят в Германии и Японии. Пока что самый выдающийся результат — 1,2 км. Победители получали гранты на свои исследования, но так и не смогли продвинуться дальше прототипа.
В Канаде разработкой лифта занимается Thoth Technology. Компания получила патент США на свою разработку башни, которая сохраняет жесткость за счет сжатого газа. В концепции канадцев лифт будет доставлять грузы на высоту 20 км, откуда их будут забирать ракеты. Это позволит экономить до 30% топлива.
В Японии создание космического лифта активно поддерживается государством. Местная Obayashi Company обещает построить лифт к 2050 году. Компания работает с частными подрядчиками и университетами, чтобы создать максимально прочные нанотрубки.
В 2018 году на МКС стартовал эксперимент STARS-Me, разработанный физиками из японского университета Сидзуока. Это автономный роботизированный спутник с космическим мини-лифтом, который будет в миниатюре моделировать условия, с которыми могут столкнуться подобные системы. Его камеры будут следить за движением двух крошечных лифтов по десятиметровому тросу в невесомости.
Китайцы намерены опередить Японию и построить космический лифт к 2045 году. Они тоже ведут разработки в области углеродных нанотрубок. В 2018-м исследовательская группа Университета Цинхуа запатентовала технологию создания углеродного волокна, 1,6 г которого выдерживает до 800 тонн.
Что думают эксперты?
В NASA считают, что сама концепция космического лифта очень перспективна. Главную ставку делают на японский и китайский проекты — то есть, запуск лифта к 2050 году.
Митио Каку, профессор физики Городского колледжа Нью-Йорка, популяризатор науки и футуролог, называет космический лифт «Святым Граалем освоения космоса»:
«Представьте, что вы нажимаете кнопку «вверх» и поднимаетесь на лифте в небо. Это могло бы открыть космос для каждого человека».
Питер Суон, президент Международного консорциума по созданию космического лифта ISEC, тоже настроен оптимистично: «Эта технология открывает феноменальные возможности, она обеспечит человечеству доступ к Солнечной системе. Я думаю, что первые лифты будут работать в автоматическом режиме, а спустя 10-15 лет в нашем распоряжении уже будут от шести до восьми таких устройств, достаточно безопасных, чтобы транспортировать людей».
Однако Суон также говорит и о трудностях: «Единственная технологическая проблема, которую предстоит решить — подбор подходящего материала для изготовления троса. Все остальное мы можем построить уже сейчас».
Кевин Фонг, основатель Центра высотной, космической и экстремальной медицины при Университетском колледже Лондона, тоже считает идею амбициозной: «Мне нравится дерзость концепции космического лифта. Я могу понять, почему она кажется людям такой привлекательной. Возможность добираться до низких орбит Земли недорого и безопасно открывает для нас всю внутреннюю область Солнечной системы».
При этом Фонг признает, что строительство космического лифта — достаточно сложный процесс. Он считает, что даже если людям удастся преодолеть технические сложности, получившаяся конструкция будет представлять собой «гигантскую натянутую струну, сводящую космические аппараты с орбит и постоянно подвергающуюся бомбардировке космическим мусором». Кроме того, строительство такого лифта потребует активного использования космических кораблей и большого количества выходов в открытый космос за всю историю человечества.
Илон Маск и вовсе усомнился в реальности этой идеи. Выступая на конференции в Массачусетском технологическом институте, он сказал:
«Это слишком технически сложная задача. Проще соорудить мост между Лос-Анджелесом и Токио, чем построить лифт на орбиту».
Источник