Лунный лифт
Не так давно, в прошлом году, японские ученые объявили о достаточно необычном проекте по доставке на орбиту различных грузов без применения ракет. Однако мало кто знает о том, что еще более 50 лет назад подобные идеи выдвигал инженер из Ленинграда Юрий Арцутанов. Для этих целей он предлагал использовать специальный, так называемый «космический лифт». Данная идея явно опережала свое время и тогда ее с успехом подхватили лишь писатели-фантасты. Однако чем больше лет проходит с момента высказывания любого смелого научного предположения, тем более реальным оно становится. В наши дни тема космического лифта получает новое звучание.
При этом ленинградский лифт сыграл для Юрия Николаевича Арцутанова, который мало кому сегодня известен, достаточно важную роль. Еще полвека назад он написал статью «В космос на электровозе», предложив использовать для доставки грузов на орбиту лифт специальной постройки. Юрий Арцутанов рассказывал, у Циолковского была идея, что если бы удалось построить башню высотой в 40 000 км., то с нее можно было бы осуществлять запуски спутников вручную. При этом все понимали, что создать такую башню будет невозможно.
По задумке Юрия Арцутанова, необходимо было протянуть от земного экватора своеобразный «трос» в атмосферу, укрепив на другом его конце какой-либо груз. Длина такого сооружения должна была составить порядка 60 тысяч километров. С помощью такой «канатной дороги» и предполагалось отправлять на орбиту не только необходимые грузы, но и пассажиров. Спустя 15 лет после появления этой задумки, английский писатель-фантаст Артур Кларк в своем романе «Фонтаны рая» использовал данную идею о космическом лифте. При этом писатель никогда не скрывал первенство Арцутанова и даже лично приезжал к тому в Ленинград для консультаций. Данное время было временем романтиков от наук и расцветом научной фантастики.
В наши дни многие из того, что когда-то казалось фантастическим, обретает вполне реальные очертания, не является исключением и космический лифт. Только теперь он должен соединить между собой Луну и Землю. В настоящее время существует уже достаточно много подобных проектов и программ, и кто знает, может быть они действительно обретут реальное воплощение и вся лунная программа сможет обрести совершенно новые черты и возможности.
В 2012 году японская компания объявила о том, что сможет к 2050 году реализовать совершенно невероятный проект – создать поезд в космос, который сможет преодолеть ¼ расстояния до Луны. Строительная компания из Японии «Обаяси» (Obayashi Corp) заявляет о том, что сможет за 40 лет построить лифт для путешествия в космос – подъемник на высоту в 96 тысяч километров. Реализовать данный амбициозный проект японские инженеры планируют с помощью углеродных нанотрубок. Данные мембранные соединения обладают поистине уникальными свойствами, к примеру, они в 20 раз прочнее стали.
Спроектированный японскими конструкторами лифт сможет перевозить до 30 пассажиров за один раз, двигаясь со скоростью до 200 км/ч. На пути следования лифта планируется организовать одну остановку на высоте примерно в 36 тысяч километров – до нее за неделю смогут добраться обычные космические туристы, а специалисты и научные исследователи смогут продолжить свой путь дальше и подняться над Землей на высоту почти в 100 тысяч километров. Руководитель проекта Сатоми Катсуяма говорит, что люди обожают высотные здания. И вместо того, чтобы строить их на земле, мы попробуем создать их в космосе. В «Обояси» заверяют, что их проект является реализуемым, но в настоящее время нет приблизительных оценок ни его стоимости, ни возможностей, а что главное идей, где именно возвести это уникальное сооружение.
На постройку космического лифта японцев вдохновило окончание строительства самого высотного в Японии здания – Tokyo Sky Tree высотой в 634 метра. Небоскреб, в котором будут размещены офисы, а также смотровые площадки, рестораны и кафе на самом деле является телебашней и был введен в эксплуатацию в мае 2012 года. Вдохновившись постройкой Sky Tree в «Обояси» решили привлечь к созданию проекта космического лифта экспертов в самых разных областях, в компании верят в то, что данный проект все же удастся реализовать. Помимо фантастических планов, японцы вынашивают и вполне земные, компания занимается разработкой электростанций, мостов, высотных офисных зданий. В числе уже осуществленных проектов – здание Universal Studios в японской Осаке, метро в Дубае, олимпийский стадион в Сиднее.
В свою очередь американский предприниматель Майкл Лейн считает, что реализовать проект космического лифта можно без применения нанотрубок. Он выступает с предложением создания лифта, который бы связал не поверхность Земли с орбитой, а орбиту с поверхностью Луны. В этом есть своя логика, так как притяжение естественного спутника примерно в 6 раз ниже, чем на Земле, что значительно снижает требования к легкости и прочности материала троса. По мнению Майкла Лейна, в таком случае углеродные нанотрубки можно будет успешно заменить на полимер под названием зайлон (Zylon). Прочность данного материала на растяжение в 10 раз выше, чем у стали, миллиметровая нить такого материала выдержит до 450 кг. груза и способна сохранить свои физические свойства при нагреве до 650 градусов Цельсия. Более легкими можно выполнить и остальные компоненты подобного лифта. Физически же все необходимые элементы можно отправить в космос при помощи обыкновенных ракет-носителей Atlas или Delta, уверяет Лейн, при этом нет никакой необходимости в разработке каких-то особых гигантов, наподобие Saturn V.
По словам предпринимателя, уже существующие материалы и технологии позволят реализовать данный мегапроект в сравнительно небольшие сроки – всего 10 лет. Впрочем, и такой лунный лифт обладает на сегодняшний день своими технологическими сложностями. К примеру, необходимо будет получить приблизительно 6 кубометров зайлона, который в настоящее время очень дорог и пока что никогда и нигде не выпускался в подобных объемах. Да и вообще, в реальности постройкой космических лифтов пока что еще никто не занимался и всех вопросов, которые будут связаны с таким строительством, не знает пока никто, что уж говорить об ответах на эти вопросы.
При этом Майкл Лейн не теряет надежды на успех, тем более, что выгода от реализации данного проекта будет немалой, а затраты на его реализацию будут ниже, чем постройка обычного космического лифта, который бы строился с поверхности нашей планеты. Существует большое количество подобных проектов. К примеру, по одному из них требуется порядка 100 тысяч километров троса один конец которого будет закреплен на Земле, а второй – на противовесе, к примеру, тяжелой космической платформе, расположенной на геосинхронной орбите. Совместное действие гравитации и центробежных сил позволит удержать трос от падения и «подвижная» кабина сможет перемещать по такому тросу грузы намного дешевле, чем при обычных космических запусках при помощи ракет.
Проект же «лунного» лифта потребует порядка 50 тысяч километров троса, один из концов которого можно будет разместить на видимой поверхности Луны, а второй при помощи специальной платформы удерживать в области действия земной гравитации, в так называемой точке либрации L1 системы Земля-Луна. Грузы на данную площадку будут доставляться с помощью обычных ракет-носителей, а с площадки на Луну будут отправляться уже на космическом лифте. По задумке Майкла Лейна, вся данная конструкция будет существенно легче, чем проекты лифтов к орбите. По его словам, он не планирует перемешать сотни тонн грузов в неделю, его система сравнительно небольшая и рассчитана на транспортировку 200-250 кг. Стоит учесть, что для текущих задач по освоению и исследованию естественного спутника Земли, этого показателя более чем достаточно. В будущем же, если реализовать данный проект сейчас, он будет сравним по стоимости с обычной миссией по сбору и отправке на Землю проб лунного грунта. При этом данный проект будет «многоразовым» и будет обладать перспективой увеличения возможностей, за счет добавления новых платформ и тросов.
Стоит помнить о том, что мечта – это двигатель прогресса. Данный тезис подтверждается всей человеческой историей. Возможно, именно то, что сегодня кажется нам чудесным и фантастическим, сможет вывести нашу цивилизацию на новый технологический виток развития из настоящего в ближайшее и отдаленное будущее.
Источник
Космический лифт сможет отправить нас на Луну
Оказывается, идея лифта на луну — естественный спутник Земли — выглядит не такой уж и безумной. Такой лифт сможет радикально сократить расходы и повысить надежность размещения оборудования на поверхности Луны. Такой лифт сделает возможной доставку предметов снабжения и материалов с поверхности Луны на орбиту Земли и наоборот. Гораздо проще добыть ценные материалы на Луне, а потом отправить их на Землю, нежели с Земли.
Вашингтонская компания LiftPort Group видит развитие такого лифта возможным. Стратегический план компании предусматривает создание рабочей инфраструктуры Lunar Space Elevator (LSEI). Проект предусматривает коммерческий подход, вовлечение лучших технологий, простоты «Спутника» и единое решение для подъема тяжелых материалов.
Инфраструктура
Концепция LiftPort включает использование подъемного транспорта, который будет перемещаться вверх и вниз по лентообразному кабелю, который будет частью якорной станции, закрепленной на безвоздушной Луне. Такой лунный лифт имеет крайне важное значение, поскольку может обеспечить мягкую посадку на лунную поверхность. Да и вообще сделать целесообразным развитие этого направления.
Компания предусматривает запуск ракеты с Земли к лаборатории PicoGravity в точке Лагранжа, которая доставит груз на поверхность Луны. После того как лунный лифт заработает, он с легкостью сможет доставлять оборудование и людей на Луну. Предположительно около тридцати человек в год сможет отправляться на космическом лифте в первые годы его работы.
Устойчивый прогресс
«Мы уверенно продвигаемся», — рассказал Мишель Лейн, президент LiftPort Group, в интервью Space.com. — «Думаю, за последний год Луна привлекла достаточно внимания».
Напомним, не так давно NASA объявило программы Lunar Cargo Transportation (перевозка лунных грузов) и Landing by Soft Touchdown (приземление «легким тачдауном» — Lunar CATALYST), которые предназначены для стимулирования коммерческих транспортных перевозок грузов на поверхность Луны.
Кроме того, средства, вырученные от недавней компании на Kickstarter, позволили LiftPort сосредоточиться на идее лунного лифта. Тем не менее ей придется разрешить еще массу проблем.
«Есть определенные различия между сложным, крайне сложным и невозможным». Под крайне сложными вопросами Лейн подразумевает другие проекты. «Мы, конечно, планируем сделать лифт между Землей и Марсом, но это займет немного больше времени».
Насущные проблемы
Некоторые считают, что строительство космического лифта на Земле и так достаточно тяжелая задача, не говоря о Луне.
«Перспективы земного космического лифта немного ярче, но все равно остаются проблемы», — говорит Джером Пирсон, президент корпорации STAR. Он является одним из первых сторонников и вдохновителей идей космических лифтов.
Пирсон говорит, что в списке сложнейших задач есть по меньшей мере несколько пунктов: производство огромного количества высокопрочных углеродных нанотрубок; динамика структуры в 100 000 километров длиной и проблемы мусора на низкой околоземной орбите, который может уничтожить трос космического лифта.
Проект Пирсона — EDDE, электродинамический уничтожитель мусора, должен что-то сделать с орбитальным хламом. Пирсон считает, что EDDE, маневренный космический корабль, может устранить все опасные обломки — более 10 сантиметров в диаметре — с низкой околоземной орбиты примерно за 10-15 лет.
Но в первую и последнюю очередь, говорит Пирсон, инженерам нужно понимать динамику таких гигантских структур, прежде чем они рискнут построить космический лифт.
Прокладывая путь
«Лунный космический лифт может быть построен из существующих высокопрочных композитов, не дожидаясь соответствующих углеродных нанотрубок, и его динамика может быть испытана на Луне, где лифт не будет ставить под угрозу спутники на низкой околоземной орбите или геостационарной орбите Земли», — говорит Пирсон.
Кроме того, лунный космический лифт может доставить огромное количество лунного реголита на высокую околоземную орбиту. Пирсон полагает, что его можно использовать для противовеса в космическом лифте Земли. В качестве противовеса можно использовать и астероид.
«В нынешних темпах прогресса EDDE мог бы избавить Землю от опасного космического мусора уже к середине следующего десятилетия, и примерно в то же время может быть построен космический лифт».
«Развитие лунной промышленности обеспечит добычу реголита, лунной полярной воды и возможно гелия-3 для ядерной энергетики, — считает Пирсон. — Таким образом, я ожидаю, что у нас будет космический лифт на Луне к 2025 году, и это откроет путь для строительства космического лифта на Земле».
Рекультивация Луны
В прошлом году ученые-селенологи отправили письмо в Конгресс США, призывающее к освоению Луны для научного и коммерческого использования.
В частности в письме говорится, что исследование и использование «не просто ящик, в который нужно заглянуть. Мы считаем, что если принять во внимание убывающее превосходство нашей нации в освоении космоса, если мы будем игнорировать Луну, это будет самым неблагоприятным воздействием на экономический рост США и национальную безопасность».
Среди ключевых тем для разговора в письме говорится, что Луна обладает богатыми ресурсами, которые можно использовать для значительного снижения стоимости освоения Солнечной системы, и она также сможет стимулировать новые отрасли промышленности и технологии (в том числе создавая новые рабочие места) — добычу ископаемых, извлечение, хранение и использование этих ресурсов для обеспечения окололунной промышленности и исследования пространства за пределами Луны.
Новейшие технологии
«Земная Луна является сокровищницей полезных ископаемых, драгоценных металлов, редкоземельных элементов, гелия-3 и кислорода для ракетного топлива», — говорит Чарльз Рэдли, технический советник LiftPort Group. Тем не менее полет на Луну в настоящее время стоит очень дорого. Используя современные волокна, космические агентства могут построить лунный лифт, который снизит стоимость перевозок на Луну в шесть раз.
Лунный лифт все чаще называют «технологией, которая изменит игру», поскольку он откроет путь для коммерческого освоения лунной поверхности. Лунный лифт может снизить стоимость добычи ископаемых на Луне до практически земного уровня.
Кроме того, лунный лифт может сделать отправку материалов с Луны на Землю практически бесплатной. Лифт окупит себя за 19 циклов полезных перевозок.
Небесные товары
На этот счет Рэдли предусмотрел несколько небесных товаров, которые будут доступны благодаря Луне. К примеру, использование лунного кислорода, говорит он, снизит расходы на запуск геостационарного спутника примерно в семь раз.
Потом есть гелий-3, который сегодня продается за миллионы долларов за унцию на вторичном рынке. Спрос намного превышает предложение. Он есть в изобилии на Луне, но крайне редок на Земле. В США гелий-3 закончится к 2030 году.
В-третьих, есть редкоземельные элементы, которые жизненно важны для оборонной и высокотехнологичной промышленности. 96 % редкоземельных элементов сегодня добывается в Китае. Луна может стать ценной альтернативой.
Источник