Космический лифт — это предлагаемая транспортная система, соединяющая поверхность Земли с космосом. Лифт позволит транспортным средствам путешествовать на орбиту или в космос без использования ракет. Хотя путешествие на лифте не будет быстрее, чем путешествие ракеты, оно будет намного дешевле и может постоянно использоваться для транспортировки грузов и, возможно, пассажиров.
Константин Циолковский впервые описал космический лифт в 1895 году. Циолковский предложил построить башню с поверхности до геостационарной орбиты, по сути сделав невероятно высокое здание. Проблема с его идеей заключалась в том, что конструкция будет раздавлена всем весом над ней. Современные концепции космических лифтов основаны на другом принципе — напряжении. Лифт будет построен с использованием кабеля, прикрепленного на одном конце к поверхности Земли, и массивного противовеса на другом конце, над геостационарной орбитой (35 786 км). Гравитация будет тянуть вниз на кабель, в то время как центробежная сила от орбитального противовеса будет тянуть вверх. Противоборствующие силы уменьшат нагрузку на лифт, по сравнению со строительством башни в космосе.
В то время как обычный лифт использует движущиеся кабели для тяги платформы вверх и вниз, космический лифт будет полагаться на устройства, называемые гусеницами, альпинистами или лифтерами, которые движутся по стационарному кабелю или ленте. Другими словами, лифт будет двигаться по кабелю. Несколько альпинистов должны были бы путешествовать в обоих направлениях, чтобы компенсировать вибрации от силы Кориолиса, действующей на их движение.
Части космического лифта
Установка лифта будет примерно такой: массивная станция, захваченный астероид или группа альпинистов будут расположены выше геостационарной орбиты. Поскольку натяжение на кабеле будет максимальным в орбитальном положении, кабель будет самым толстым там, сужающимся к поверхности Земли. Скорее всего, кабель будет либо развернут из космоса, либо построен в нескольких секциях, двигаясь вниз к Земле. Альпинисты будут двигаться вверх и вниз по тросам на роликах, удерживаемых на месте трением. Энергия может поставляться с помощью существующих технологий, таких как беспроводная передача энергии, солнечная энергия и / или накопленная ядерная энергия. Точкой соединения на поверхности может быть мобильная платформа в океане, обеспечивающая безопасность лифта и гибкость для избегания препятствий.
Путешествие на космическом лифте не будет быстрым! Время в пути от одного конца до другого составит от нескольких дней до месяца. Чтобы представить расстояние в перспективе, если альпинист двигался со скоростью 300 км / ч (190 миль в час), потребовалось бы пять дней, чтобы достичь геосинхронной орбиты. Поскольку альпинисты должны работать совместно с другими на кабеле, чтобы сделать его стабильным, скорее всего, прогресс будет намного медленнее.
Проблемы, которые еще предстоит преодолеть
Самым большим препятствием для конструкции космического лифта является отсутствие материала с достаточно высокой прочностью на растяжение и эластичностью и достаточно низкой плотностью для сборки кабеля или ленты. До сих пор самыми прочными материалами для кабеля были бы алмазные нанонити (впервые синтезированные в 2014 году) или углеродные нанотрубочки. Эти материалы еще предстоит синтезировать до достаточной длины или отношения прочности на растяжение к плотности. Ковалентные химические связи, соединяющие атомы углерода в углеродных или алмазных нанотрубках, могут выдерживать только столько нагрузок, прежде чем расстегнув или разорвать на части. Ученые подсчитали напряжение, которое могут поддерживать связи, подтверждая, что, хотя однажды можно будет построить ленту, достаточно длинную, чтобы простираться от Земли до геостационарной орбиты, она не сможет выдержать дополнительное напряжение от окружающей среды, вибраций и альпинистов.
Вибрации и колебания являются серьезными соображениями. Кабель будет восприимчив к давлению солнечного ветра, гармоникам (то есть, как действительно длинная скрипичная струна), ударам молнии и колебаниям от силы Кориолиса. Одним из решений было бы контролировать движение гусениц, чтобы компенсировать некоторые эффекты.
Другая проблема заключается в том, что пространство между геостационарной орбитой и поверхностью Земли усеяно космическим мусором и мусором. Решения включают очистку околоземного пространства или создание орбитального противовеса, способного уклоняться от препятствий.
Другие вопросы включают коррозию, воздействие микрометеоритов и воздействие радиационных поясов Ван Аллена (проблема как для материалов, так и для организмов).
Масштаб проблем в сочетании с разработкой многоразовых ракет, таких как те, которые разработаны SpaceX, уменьшили интерес к космическим лифтам, но это не значит, что идея лифта мертва.
Космические лифты предназначены не только для Земли
Подходящий материал для космического лифта на Земле еще предстоит разработать, но существующие материалы достаточно прочны, чтобы поддерживать космический лифт на Луне, других лунах, Марсе или астероидах. Марс имеет около трети гравитации Земли, но вращается примерно с той же скоростью, поэтому марсианский космический лифт будет намного короче, чем тот, который построен на Земле. Лифт на Марсе должен был бы обратиться к низкой орбите луны Фобос, которая регулярно пересекает марсианский экватор. Сложность для лунного лифта, с другой стороны, заключается в том, что Луна не вращается достаточно быстро, чтобы предложить стационарную точку орбиты. Однако вместо этого можно использовать точки Лагранжа. Несмотря на то, что лунный лифт будет 50 000 км в длину на ближней стороне Луны и еще дольше на ее дальней стороне, более низкая гравитация делает строительство возможным. Марсианский лифт может обеспечить непрерывный транспорт за пределами гравитационного колодца планеты, в то время как лунный лифт может быть использован для отправки материалов с Луны в место, легко достигаемое Землей.
Когда будет построен космический лифт?
Многочисленные компании предложили планы по созданию космических лифтов. Технико-экономические обоснования показывают, что лифт не будет построен до тех пор, пока (а) не будет обнаружен материал, который может поддерживать напряжение для лифта Земли или (б) не возникет необходимость в лифте на Луне или Марсе. Хотя вполне вероятно, что условия будут выполнены в 21-м веке, добавление поездки на космическом лифте в ваш список ведра может быть преждевременным.
Хельменстайн, Энн Мари, доктор философии «Как будет работать космический лифт». ThoughtCo, 16 февраля 2021 г., thoughtco.com/how-a-space-elevator-would-work-4147230.
