Космический лифт – это проект инженерного сооружения для отправки грузов за пределы атмосферы без использования ракетной техники. Идея подобной конструкции была предложена еще в 1895 году великим русским ученым и основоположником теоретической космонавтики К. Циолковским.

Позднее, в 1960-м г, аналогичную идею высказывал ленинградский инженер Ю. Арцутанов, который предлагал протянуть в космосе трос, один конец которого крепился к поверхности Земли, а другой к спутнику (или другому крупному космическому объекту), находящемуся на геосинхронной орбите и выступающему в качестве противовеса.  По данному тросу предполагалось отправлять на орбиту грузовые платформы.

Основная цель постройки космического лифта заключается в снижении стоимости доставки грузов на орбиту Земли. В настоящее время средняя стоимость доставки на орбиту одного килограмма груза составляет порядка 15 000 долларов. Но если использовать космический лифт, то стоимость доставки груза на орбиту, гипотетически, должна снизится до 250-300 долларов за килограмм (хотя, утверждается, что и это не предел, и стоимость может упасть аж до 10 долл. за килограмм).

Сокращение же финансовых расходов на доставку грузов в космос не только сократит давление на национальные экономики, но и расширит рынок доставляемых грузов, что в дальнейшем может вывести космонавтику на новый уровень развития и, в целом, повлиять на научно-технический прогресс.

Космический лифт в представлении художника

Но, как это часто бывает, несмотря на всю перспективность данной идеи, с её реализацией возникают некоторые трудности.

К примеру, одной из основных проблем создания подобной конструкции является сам трос. Важнейшим свойством требуемого троса, должно являться высокое значение отношения его прочности к удельной плотности. По расчетам, требуемая плотность троса должна быть близка к плотности графита (2,23 г/ см3), а прочность в диапазоне 65-120 гигапаскалей. К сожалению, по сравнению с этой цифрой, прочность известных нам материалов в разы меньше. Так, например, прочность стали – 1-5 ГПа, кевлара 2,6—4,1 ГПа, кварцевого волокна около 20 ГПа. На сегодня, наиболее вероятным претендентом на роль материала для троса выступают углеродные нанотрубки. Теоретически их прочность может превышать даже 120 ГПа, однако в проведенных экспериментах нанотрубки лопались в среднем при нагрузке 30-50 ГПа. Хотя американским ученым из Университета Южной Калифорнии удалось достигнуть прочности в 98,9 ГПа, все же в эксперименте использовались однослойные нанотрубки длиною в 195 мкм. Сплетенный же с нанотрубок трос будет иметь прочность заметно ниже, чем сами нанотрубки.

Помимо троса можно использовать так называемую электропроводящую шину. В роли такой шины может выступать графеновая бумага, недавно созданная в Сиднейском Технологическом университете. Диагональ таких листов графена достигает уже сегодня несколько десятков сантиметров.

Помимо прочности материалов для троса, имеются и другие факторы, затрудняющие реализацию проекта космического лифта. Факторы эти можно разделить на природные и техногенные.

К природным относятся изменчивые погодные условия, для противодействия которым предлагается использовать прочное и подвижное основание.

К техногенным относится космический мусор. Попадание в конструкцию мельчайшей частички, летящей на огромной скорости, может повлечь за собой значительные повреждения или вовсе полное разрушение лифта.

Также, существует вопрос и с источником энергии для данной транспортной системы. Согласно подсчетам, вывод на низкую околоземную орбиту одной тонны груза может потребовать расход энергии равный десяткам ГВт*ч. Для сравнения, крупнейшая в мире АЭС (Касивадзаки-Карива, Япония) выдает мощность 8,2 ГВт, один из самых мощных реактивных двигателей, советский РД-170 – 14,7 ГВт.

Отдельно стоит упомянуть также альтернативный проект космического лифта от канадской космической компании Thoth Technology, где предлагается построить башню высотой 20 км. Башня будет представлять собой конструкцию, состоящую из модульных труб из кевлар-полиэтиленовых композитов, заполненных гелием. Такие трубы будут легче и мягче современных строительных материалов, а гелий будет помогать структуре держаться вертикально. На вершине башни будет располагаться стартовая площадка для запуска космических аппаратов. А груз к стартовой площадке будет подниматься уже известным способом. Подобная технология позволит сократить затраты на топливо на 30%, по сравнению с затратами на топливо для ракеты.

Проект канадской башни

Подводя итог всему вышесказанному, хочется надеется, что несмотря на все трудности, рано или поздно данный проект будет реализован и человечество выйдет на новый уровень освоения космического пространства.

Отдельное спасибо Андрею Полтавцеву, одному из читателей, за критические замечания к статье и помощь в улучшении публикуемого материала.

Видео по теме:

Источник 1 / Источник 2 / Источник 3 / Источник 4 / Источник 5