Възможно ли е да се изгради асансьор до Луната?

Днес космическите кораби изследват Луната, Слънцето, планетите и астероидите, кометите и междупланетното пространство. Но ракетите с химическо гориво все още са скъпо и слабо захранвано средство за извеждане на полезен товар извън границите на земната гравитация. Съвременната ракетна технология почти достигна границата на възможностите, породени от естеството на химичните реакции. Дали човечеството влезе в технологична задънена улица? Изобщо, ако обърнете внимание на старата идея за космически асансьор.

При източника

Първият, който сериозно се замисли как да преодолее гравитацията на планетата с помощта на „подвижни устройства“, беше един от разработчиците на реактивни превозни средства Феликс Зандер. За разлика от мечтателя и изобретателя Барон Мюнхаузен, Зандер предложи научно обоснована версия на космическия асансьор за Луната. По пътя между Луната и Земята има точка, в която атрактивните сили на тези тела се балансират помежду си. Намира се на разстояние от 60 000 км от Луната. По-близо до Луната, лунната гравитация ще бъде по-силна от земната, а по-нататък - по-слаба. Така че, ако вържете Луната с кабел с някакъв астероид вляво, да речем, на разстояние 70 000 км от Луната, тогава само кабелът няма да позволи на астероида да падне на Земята. Със силата на гравитацията кабелът ще бъде постоянно опънат и върху него ще бъде възможно да се издигне отвъд лунното привличане от повърхността на Луната. От гледна точка на науката - напълно правилна идея. Тя не получи незабавно заслужено внимание, само защото по времето на Зандер просто нямаше материали, кабелът на които не би се счупил под собствената си тежест.

Артър Кларк, писател на научна фантастика, популяризатор на науката:

„През 1951 г. професор Бъкминстър Фулер разработва свободно плаващ пръстен мост около екватора на Земята. Всичко, което е необходимо, за да се преведе тази идея в реалност, е космически асансьор. И кога ще го имаме? Не бих искал да гадая, затова адаптирам отговора, който даде Артър Кантровиц, когато някой му зададе въпрос относно неговата система за изстрелване с лазер. Космически асансьор ще бъде построен 50 години, след като престанат да се смеят на тази идея. " („Космически асансьор: мисловен експеримент или ключът към Вселената?“, Реч на XXX Международен конгрес по космонавтика, Мюнхен, 20 септември 1979 г.)

Първи идеи

Още първите успехи на космонавтиката отново събудиха въображението на ентусиастите. През 1960 г. млад съветски инженер Юрий Арцутанов обърна внимание на интересна особеност на така наречените геостационарни спътници (GSS). Тези спътници са в кръгова орбита точно в равнината на земния екватор и имат период на въртене, равен на продължителността на земния ден. Следователно, геостационарен спътник постоянно виси над една и съща точка на екватора. Арцутанов предложи да се свърже GSS с кабел с точка под него в земния екватор. Кабелът ще бъде неподвижен спрямо Земята, а идеята предлага да се пусне в космоса асансьор. Тази ярка идея е пленила много умове. Известният писател Артър Кларк дори написа научнофантастичен роман „Фонтани на рая“, в който целият сюжет е свързан с изграждането на космически асансьор.

Проблеми с асансьора

Днес те вече се опитват да реализират идеята за космически асансьор на GSS в САЩ и Япония, дори се провеждат състезания сред разработчиците на тази идея. Основните усилия на дизайнерите са насочени към намиране на материали, от които е възможно да се направи кабел с дължина 40 000 км, способен да поддържа не само собственото си тегло, но и теглото на останалите части на конструкцията. Забележително е, че вече е изобретено подходящо вещество за кабела. Това са въглеродни нанотръби. Силата им е няколко пъти по-висока от необходимата за космически асансьор, но все пак трябва да се научите как да правите дефектна нишка от такива тръби, дълги десетки хиляди километри. Не си струва да се съмнявате, че такъв технически проблем ще бъде решен рано или късно.

Лунна асансьорна архитектура на LiftPort Group

От Земята до ниската земна орбита товарът се доставя от традиционните ракети за химическо гориво. Оттам орбиталните влекачи спускат товар върху "долната асансьорна платформа", която е здраво закотвена с кабел, прикрепен към Луната. Асансьорът доставя товар до Луната. Поради липсата на необходимост от спиране (и самите ракети) на последния етап и при издигане от Луната са възможни значителни икономии на разходи. Но за разлика от описаната в статията, тази конфигурация практически повтаря идеята за Zander и не решава проблема с премахването на полезния товар от Земята, като същевременно поддържа ракетна технология за този етап.

Втората и също сериозна задача по пътя на изграждането на космически асансьор е разработването на двигател за асансьора и неговата система за енергоснабдяване. В крайна сметка кабината трябва да изкачи 40 000 км без зареждане до самия край на изкачването! Как да постигнем това - все още никой не е измислил.

Нестабилен баланс

Но най-голямата, дори непреодолима трудност за издигане до геостационарен спътник е свързана със законите на небесната механика. GSS е в своята забележителна орбита само поради баланса на гравитацията и центробежната сила. Всяко нарушение на този баланс води до факта, че спътникът променя орбитата си и напуска своята „стояща точка“. Дори малките нееднородности на земното гравитационно поле, приливните сили на Слънцето и Луната и налягането на слънчевата светлина карат спътниците в геостационарна орбита постоянно да се движат. Няма и най-малкото съмнение, че при тежестта на асансьорната система сателитът няма да може да остане в геостационарна орбита и ще падне. Съществува обаче илюзия, че можете да продължите кабела далеч отвъд геостационарната орбита и да поставите масивна противотежест в далечния му край. На пръв поглед центробежната сила, действаща върху прикрепената противотежест, ще изтегли кабела, така че допълнителният товар от кабината, движещ се по него, не може да промени позицията на противотежестта, а асансьорът ще остане в работно положение. Това би било вярно, ако вместо гъвкав кабел се използва твърд негъващ прът: тогава енергията на въртене на Земята ще се предава през пръта към кабината и нейното движение няма да доведе до появата на странична сила, която не се компенсира от напрежението на кабела. И тази сила неизбежно ще наруши динамичната стабилност на околоземния асансьор и ще се срине!

Небесна платформа

За щастие на земляните природата ни предостави прекрасно решение - Луната. Луната не само е толкова масивна, че не може да бъде преместена от никой асансьор, но все още е в почти кръгова орбита и в същото време винаги е обърната към Земята от едната страна! Идеята просто моли - да се опъне асансьорът между Земята и Луната, но да се фиксира кабелът на асансьора само с един край, на Луната. Вторият край на кабела може да бъде спуснат почти до самата Земя, а силата на гравитацията ще го издърпа като низ по линията, свързваща центровете на масата на Земята и Луната. Ние не можем само да позволим на свободния край да достигне повърхността на Земята. Нашата планета се върти около оста си, поради което краят на кабела ще има скорост от около 400 м в секунда спрямо земната повърхност, тоест ще се движи в атмосферата със скорост, по-голяма от скоростта на звука. Нито един дизайн не може да издържи такова въздушно съпротивление. Но ако спуснете асансьорната кола до надморска височина от 30-50 км, където въздухът е доста тънък, съпротивлението му може да бъде пренебрегнато. Скоростта на кабината ще остане около 0, 4 км / с, а съвременните високопланински платоплани лесно печелят тази скорост. След като долетите до асансьорната кола и акостирате с нея (тази докинг техника отдавна е разработена както в конструкцията на самолети за зареждане във въздуха, така и в космически кораби), можете да премествате товара от стратоплана до кабината или обратно. След това асансьорната кола ще започне да се издига до Луната, а стратопланът ще се върне на Земята. Между другото, товарът, доставен от Луната, може просто да бъде изпуснат от кабината с парашут и прибран безопасен и здрав на сушата или в океана.

Избягване на сблъсъци

Асансьорът, свързващ Земята и Луната, трябва да реши друг важен проблем. В космическото пространство на Земята има голям брой работещи космически кораби и няколко хиляди неактивни спътника, техните фрагменти и други космически отломки. Сблъсъкът на асансьора с някой от тях би довел до скъсване на кабел. За да се избегнат тези проблеми, беше предложено „долната“ част на кабела с дължина от 60 000 км да бъде повдигната и отстранена от зоната на движение на земните спътници, когато тя не е необходима там. Наблюдението на позициите на телата в околоземното пространство е доста способно да предвиди периоди, когато движението на асансьорната кола в тази зона ще бъде безопасно.

Космическа лебедка

Има сериозен проблем с космическия асансьор до Луната. Обичайните асансьорни кабини се движат със скорост не повече от няколко метра в секунда, а при тази скорост дори изкачването до височина от 100 км (до долната граница на пространството) трябва да отнеме повече от ден. Дори ако се движите с максимална скорост на железопътни влакове от 200 км / ч, пътят до Луната ще отнеме почти три месеца. Асансьор, който може да извършва само два полета до Луната годишно, е малко вероятно да бъде търсен.

Ако кабелът е покрит с филм за свръхпроводник, тогава по протежение на кабела ще бъде възможно да се движите върху магнитна подложка без контакт с материала му. В този случай ще бъде възможно да се разпръсне половината път и половината път за спиране на кабината.

Просто изчисление показва, че с ускорение от 1 g (еквивалентно на обичайната гравитация на Земята), цялото пътуване до Луната ще отнеме само 3, 5 часа, тоест кабината ще може да прави три полета до Луната всеки ден. Учените активно работят върху създаването на свръхпроводници, работещи при стайна температура, и появата им може да се очаква в обозримо бъдеще.

Хвърляйте боклука

Интересно е да се отбележи, че в средата на пътеката скоростта на кабината ще достигне 60 км / сек. Ако след ускорение полезният товар е откачен от пилотската кабина, тогава с тази скорост той може да бъде изпратен до всяка точка на Слънчевата система, до всяка, дори най-отдалечената планета. Това означава, че асансьорът до Луната ще може да осигурява полети без ракета от Земята в рамките на Слънчевата система.

И ще бъде доста екзотично да изхвърляте опасни отпадъци от Земята към Слънцето с помощта на асансьор. Нашата родна звезда е ядрена пещ с такава мощност, че всякакви отпадъци, дори и радиоактивни, ще бъдат изгорени в нея без следа. Така че пълноценният асансьор до Луната може да се превърне не само в основата на космическото разширяване на човечеството, но и средство за прочистване на нашата планета от отпадъците на технологичния прогрес.

Статията „На канала до небето“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 4, април 2015 г.).

Препоръчано

Кои са биохакери
2019
Днес Земята преминава афелий!
2019
Двигател на космически кораби: какви хора ще летят в дълбокото пространство
2019