Business Insider: гигантский лифт может соединить Землю с космосом. Как он может работать

Ученые и энтузиасты в сфере космической техники ищут способы построить огромный лифт на Земле или на Луне, который мог бы перевозить грузы в космос и обратно.

В исследовании, опубликованном в сентябре, два аспиранта предложили вариант космического лифта, который будет простираться от Луны на геостационарную орбиту Земли. Они утверждают, что структура лифта может быть построена с использованием существующих технологий.

Это может открыть новые рубежи освоения космоса. 

Публикуем сокращенный перевод статьи Business Insider о том, сколько стоит такой лифт, как он будет работать и что может открыть человечеству. 

Килограмм за $100

По сравнению с ракетами космические лифты были бы более дешевым и быстрым способом вывезти груз и людей с Земли. Это потому, что взлет - одна из самых дорогих и сложных частей космического полета.

«Высокая стоимость космических перевозок в сочетании с ненадежностью - это виртуальный замОк на последнем рубеже, - говорится в информационном бюллетене NASA за 2008 год. - Наши мечты о повседневной жизни в космосе и обещание лучшей жизни на Земле являются заложниками высокой стоимости космических перевозок».

С тех пор ничего не изменилось. В среднем доставка материала с поверхности Земли в космос стоит около $20 000 за кг. По некоторым оценкам, хорошо спроектированный лифт позволил бы снизить стоимость перевозки грузов до $100 за кг. 

Конструкция лифта

Иллюстрация Пата Роулинга показывает концепцию космического лифта, если смотреть с геостационарной станции вниз на Землю.

Базовая конструкция космического лифта будет включать в себя трос, который простирается от якоря на земле до противовеса в космосе. Вместе с грузом специальный подъемник будет перемещаться вверх по тросу на геостационарную орбиту - за пределы области, где сила тяжести Земли является самой сильной, -  а затем спускаться вниз. 

Конструкция будет держаться с помощью центробежной силы. Представьте себе струну, которую вы держите за один конец, а на другом конце - камень, который вращается по кругу. Центробежная сила выталкивает камень, заставляя струну вытягиваться на всю ее длину. Трос космического лифта будет как эта нить, а противовес - как камень.  

Эксперты говорят, что этот тип структуры может быть построен с использованием существующих технологий. Смета расходов, правда, сильно варьируется: от $1 млрд до почти $90 млрд. Лифт за $90 млрд - разработка японской корпорации Obayashi.

В этом рендеринге Obayashi космический лифт доставляет людей с Земли на геостационарную орбиту на высоте 36 000 км.

Конструкция Obayashi предполагает корабль или какую-то плавающую платформу, которая прикрепит к Земле трос, способный выдержать 100-тонный подъемник. Платформу можно будет перемещать, чтобы помогать лифту избегать крупных объектов или мусора в космосе. 

Компания хочет построить космический лифт к 2050 году.

Кроме Obayashi над разработкой такого устройства работают еще несколько компаний. Вот, например, американская LiftPort демонстрирует технологию космических лифтов на земле. Ее подъемники поднялись по тросам на высоту 300 метров:

Сложности 

Самая сложная часть разработки космического лифта - найти правильный материал для троса.

По мнению LiftPort, подъемник, вероятно, будет путешествовать вверх и вниз по тросу, используя электричество. Этот художественный рендеринг показывает, как это может выглядеть.

Трос должен противостоять погоде в атмосфере Земли, солнечному излучению и ударам от метеоритов и другого мусора.

Сторонники космического лифта полагают, что решением могут быть углеродные нанотрубки - полые трубки из углерода имеют ширину в нанометрах, но в 100 раз прочнее стали. Проблема в том, что эти мощные волокна имеют длину не более нескольких метров и никто не может сделать их достаточно длинными, чтобы сконструировать трос в 35 000 км, необходимых космическому лифту. 

Еще одно препятствие, удерживающее космические лифты в области научной фантастики: космический мусор.

Отслеженные объекты на орбите Земли. Около 95% из них не работают.

По оценкам Европейского космического агентства, около 128 млн объектов размером менее 1 см находятся на орбите Земли, а также еще 900 000 объектов размером от 1 до 10 см.

Любой космический лифт может столкнуться с этими объектами, поэтому он должен быть способен противостоять им или обходить их.

Выход - на Луне

В то же время у Луны проблем с этим мусором нет. И гравитация слабее в несколько раз. Некоторые исследователи считают, что лучше начать с лунного космического лифта.

«Космический лифт - это действительно сложная проблема. Гравитационное поле Земли настолько велико, что нужны такие прочные материалы, которых у нас сейчас нет, - сказал Джером Пирсон, инженер по аэрокосмической технике, впервые предложивший лунный лифт в 1977 году. - С другой стороны, вы можете построить космический лифт на Луне из существующих материалов прямо сейчас».

В отличие от космического лифта, который поднимается с Земли, лунный лифт не будет использовать центробежную силу. Гравитация сделает всю работу.

Один анализ подсчитал, что лунный лифт может окупиться после 53 использований, поскольку он может сократить как минимум две трети стоимости посадки на Луну и снизить стоимость миссий с возвратом образца минимум в девять раз.

Однако пока что любой космический лифт остается теоретическим. 

В LiftPort также работают над концепцией лунного лифта с тросом из полиэтиленового пластика Dyneema, который в 15 раз прочнее стали. Но компании нужно еще исследовать последствия быстрых изменений температуры, которые претерпит груз во время подъема в космическом лифте. Также необходима работа, чтобы определить, как защитить груз от солнечной радиации и как потенциальные материалы для троса справляются с атмосферными изменениями. Ну и, конечно, логистика строительства такого лифта очень сложна.

Проработка всех деталей - медленный и сложный процесс, требующих много денег и бумажной работы. 

Ключ к сокровищам

Но если космический лифт в конечном итоге станет реальностью, это также может помочь нам получить доступ к ресурсам в космосе.

Астероиды могут быть буквальными сокровищницами, поскольку они содержат ценные элементы, такие как золото, платина и железо. Добыча материалов на астероиде может означать, что мы не добываем эти ресурсы с Земли. 

Как только мы выясним, как добывать ценные ресурсы в космосе, это может открыть возможности для дальнейших исследований.

Например, вода, собранная в космосе, может быть разбита на водород и кислород для производства ракетного топлива, которое затем может отправить космические корабли дальше.

«Чтобы предоставить нам доступ ко всем этим космическим ресурсам, нам нужно найти лучший и более дешевый способ выхода на орбиту», - сказал Тайлер Харрис, инженер Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США. 

Оригинал статьи - A giant elevator could connect Earth to space using current technology, experts say — here's how that might work

Автор - Morgan McFall-Johnsen

Перевод - Маша Ксендзик