Космодром-башня высотой 20 км сделает космос ближе
Новую технологию запуска разработал профессор инженерии Брендан Куин (Brendan Quine) из Йоркского университета. Его команда работала над проектом башни восемь лет и в июле 2015 г. запатентовала концепцию в США на имя компании Thoth Technology. Невероятная башня-космодром обойдется в $5 млрд, но позволит сократить расходы на достижение низкой околоземной орбиты на 30% по сравнению с запуском ракеты непосредственно с поверхности Земли. Обычные запуски ракет обходятся в более $250 млн, у SpaceX цена ниже, $61 млн, поэтому башня имеет хороший коммерческий потенциал.
Невероятно высокая башня будет в два раза выше максимальной высоты полета гражданских авиалайнеров
Идея космического лифта давно известна — сверхпрочный трос, по которому грузы поднимаются в космос с поверхности Земли. Однако этот дешевый способ вывода грузов на орбиту не реализуем на современном уровне развития технологий. Брендан Куин предлагает «полумеру»: очень высокую башню, которая приблизит ракету-носитель к нижней границе космоса. Благодаря старту с высоты в 20 км, ракета сможет сэкономить топливо или вывести большую полезную нагрузку. Кроме того, башня может служить площадкой для взлета и посадки многоразовых челноков, которым в таком случае не нужны дополнительные разгонные носители. Также с высокой башни могут стартовать дешевые одноступенчатые ракеты, и она может служить уникальной платформой для туризма и научных исследований.
При реализации концепции башни-космодрома предстоит решить ряд сложных задач: устойчивость к возможным катастрофам при запуске и посадке, устранение раскачивания взлетно-посадочной полосы, борьба с обледенением
Башня Куина имеет оригинальную спиральную конструкцию поддерживающих структур и не требует дополнительных тросов для поддержки, как в других схожих проектах. Она будет оснащена лифтом, способным поднимать груз массой 10 тонн со скоростью 11 км/ч. Лифтовая кабина с пассажирами сможет достичь верхушки башни всего за 60 минут.
По словам Брендана Куина, все технологии, необходимые для строительства башни, уже существуют и полномасштабную башню можно построить всего за пять лет. Чтобы продемонстрировать работоспособность концепции, Куин планирует сначала построить уменьшенную копию башни высотой 1,4 км. Даже такая башня будет самым высоким сооружением на планете и на ее постройку уйдет три года. Пока ничего не известно о потенциальных инвесторах проекта, но Брендан Куин сообщил, что к концепции башни-космодрома есть огромный интерес.
Источник
Здание в миллиард этажей
Моя дочь (4,5 года) говорит, что хочет здание в миллиард этажей. Трудно не только помочь ей оценить размеры такого здания, я вообще не знаю, как объяснить ей все те трудности, которые придется преодолеть.
— Кира через Стива Бродовица, г. Медиа, шт. Пенсильвания
Если ты сделаешь слишком большое здание, то верхняя часть станет чересчур тяжелой и расплющит нижнюю.
Ты когда-нибудь пробовала построить башню из арахисового масла? Легко сделать небольшую, вроде бесформенного замка на печеньке, и она будет достаточно прочной, чтобы стоять. Но если попробовать сделать по-настоящему большой замок, он сожмется в блин.
Так же и со зданиями. Мы делаем прочные строения, но не можем построить здание, уходящее вершиной в космос, потому что верхняя часть раздавит нижнюю.
Мы строим довольно высокие здания, некоторые почти километр в высоту. Возможно, мы сможем делать здания высотой в 2 или 3 километра, если захотим, и они будут держать свой вес. Преодолеть рубеж в три километра может оказаться сложно.
Но, кроме веса, с высокими зданиями есть и другие проблемы.
Одна из них — это ветер. На высоте ветер очень сильный, и строение должно быть очень прочным, чтобы устоять против него.
Другая большая проблема — это, как ни удивительно, лифты. В высоких зданиях они необходимы, поскольку никто не захочет подниматься тысячи пролетов по ступеням. Если в здании много этажей, то потребуется много разных лифтов, так как огромное количество людей будет приходить и уходить одновременно. Если сделать столь высокое здание, то оно будет целиком состоять из лифтов, а места под квартиры не останется.
Быть может, ты придумаешь, как доставлять людей на нужные этажи без уймы лифтов. Можно попробовать сделать огромный лифт, обслуживающий сразу по 10 этажей. Или быстрый лифт по типу американских горок. Или доставлять людей прямо в комнаты по воздуху с помощью воздушных шаров. Или запускать их из катапульты.
Лифты и ветер — это большие проблемы, но самой большой будут деньги.
Никто не хочет по-настоящему высоких зданий настолько сильно, чтобы тратиться на них. Многокилометровый дом обойдется в миллиарды долларов, а миллиард долларов — это куча денег! С такой суммой можно арендовать огромный космический корабль, спасти лемуров от вымирания, дать каждому жителю США по доллару, еще и сдача останется. Большинство людей не считает, что стоит тратить большие деньги на гигантские башни высотой несколько километров.
Если ты настолько богата, что можешь заплатить за собственную башню, уходящую вершиной в космос, попутно решив все инженерные проблемы, то с башней в миллиард этажей проблемы все равно будут. Миллиард этажей — это просто слишком много.
Большой небоскреб может состоять из сотни этажей, по высоте это как 100 небольших домиков.
Если поставить 100 небоскребов друг на друга, то получившийся меганебоскреб вытянется на половину расстояния до космоса.
В этом небоскребе всего 10 000 этажей, что значительно меньше требуемого миллиарда! Каждый из 100 небоскребов состоит из 100 этажей, так что весь меганебоскреб состоит из 100 на 100 — 10 000 этажей.
Но ты хотела небоскреб в 1 000 000 000 этажей. Давай построим мегамеганебоскреб, поставив друг на друга 100 меганебоскребов:
Мегамеганебоскреб настолько возвышается над Землей, что космические корабли будут врезаться в него. Если орбитальная станция полетит в башню, ее экипаж может избежать столкновения, маневрируя с помощью двигателей [ 1 ] . ↲ Думаю, они будут очень недовольны необходимостью постоянно уворачиваться от вашей башни, так что вам, быть может, стоит при подлете подкидывать им топлива и закусок с помощью рельсовой пушки. ↳ Плохая новость в том, что космос полон неисправных кораблей, искусственных спутников и просто мусора, и все это бессистемно летает вокруг Земли. Если построить мегамеганебоскреб, обломки будут время от времени врезаться в него.
Как бы то ни было, мегамеганебоскреб состоит из всего-то 100 на 10 000 = 1 000 000 этажей. Это все еще сильно меньше 1 000 000 000, который ты хотела!
Построим новый мегамегаМЕГАнебоскреб, поставив друг на друга 100 мегамеганебоскребов:
МегамегаМЕГАнебоскреб будет настолько высоким, что его вершина почти коснется Луны.
Но в нем всего 100 000 000 этажей! Чтобы добраться до 1 000 000 000 этажей, поставим друг на друга 10 мегамегаМЕГАнебоскребов — и получим один Киранебоскреб:
Постройка Киранебоскреба практически невозможна. Его пришлось бы беречь от столкновения с Луной, разрушения земной гравитацией и падения на планету подобно огромному метеориту, который убил динозавров.
Но некоторые инженеры поддерживают идею, похожую на твою, — космические лифты. Они не такие высокие, как твое здание (космический лифт покроет лишь часть пути до Луны), но это уже близко!
Некоторые люди думают, что мы сможем построить космический лифт, другие считают это бредовой идеей. Мы не можем построить его сейчас, поскольку есть проблемы, для которых у нас нет решений: например, как сделать трос достаточно прочным и как передавать энергию для работы лифтов. Если ты действительно хочешь построить гигантскую башню, то можешь разузнать побольше о проблемах, которые пытаются решить в этом проекте, и в конечном счете стать тем, кто предложит решение. Быть может, однажды ты сможешь построить огромную башню до космоса.
Хотя я почти уверен, что она будет сделана не из арахисового масла.
© What If? по-русски, 2018
Нас можно найти во ВКонтакте, в Twitterʼе, на GitHubʼе.
А еще мы переводим комиксы на сайте xkcd.ru!
В материалах сайта используются оригинальные тексты и изображения с сайта what-if.xkcd.com.
Материалы сайта источника и этого сайта распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License. Также авторы этого сайта полностью солидарны с комментариями к лицензии.
Нашли опечатку? Чтобы сообщить нам, выделите текст ошибки и нажмите Ctrl+Enter (со смартфона — кнопку «Ошибка?»).
Источник
Что такое космический лифт и когда его построят?
Что такое космический лифт?
На преодоление земного притяжения во время космических полетов тратится огромное количество энергии и денег. Каждый дополнительный килограмм груза на корабле стоит не одну тысячу долларов. И чем дальше летит космический аппарат — тем больше требуется средств.
Именно поэтому ученые предложили оптимальный, на их взгляд, способ доставки грузов за пределы Земли — космический лифт. Это сверхпрочный трос длиной от 42 тыс. до 100 тыс. км, который тянется от Земли до ее орбиты или орбиты ближайших спутников — например, Луны.
В современном понимании космический лифт будет состоять из блоков, которые передвигаются вверх и вниз по тросу от космодрома на экваторе до космической станции на геостационарной орбите (то есть орбите Земли над экватором, используемой для искусственных спутников). Центробежные силы, вызванные вращением Земли, будут удерживать трос в воздухе. Стоимость проекта оценивают в $10 млрд [1], при этом доставка грузов подешевеет с $3500 до $25 за 0,45 кг (1 фунт).
История идеи космического лифта
Впервые идею безракетной доставки грузов на орбиту предложил в 1895 году Константин Циолковский — основоположник теории космонавтики. Он вдохновился Эйфелевой башней в Париже и предложил построить по ее подобию космический лифт. В теории Циолковского лифт представлял собой башню из прочных материалов, которые препятствуют его сжатию, а верхушка его находилась бы на геоцентрической орбите.
В 1959 году российский ученый Юрий Арцутанов предложил идею лифта, который приводится в движение тросами, устойчивыми к растяжению. В 1975 году появились научные работы с соответствующими расчетами, а в 1979-м Артур Кларк описал идею космического лифта в «Фонтанах рая».
Реально ли построить космический лифт?
Чтобы построить космический лифт, нужен сверхпрочный материал, который способен выдержать многотонные грузы и не сломаться под влиянием атмосферного давления. Таким материалом могут быть нанотрубки, но на сегодня их прочности недостаточно: при необходимых 120 ГПа самый лучший результат испытаний — пока что 52 ГПа. Большие надежды возлагают на графен, который в 200 раз прочнее стали.
Вторая проблема — это космический мусор: мелкие астероиды, обломки ракет, вышедшие из строя спутники, всего около 500 тыс. единиц. Все они вращаются по той же орбите и могут повредить лифт. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают различные технологии для сбора мусора, вплоть до совместных проектов с Минобороны США.
Какие проекты есть сейчас?
Самый амбициозный проект космического лифта предложили исследователи Зефир Пеньор из Кембриджского университета и Эмили Сэндфорд из Колумбийского университета. Их лифт представляет собой кабель, который соединяет Землю с Луной. По расчетам исследователей, такой кабель достаточно протянуть от Луны до геосинхронной орбиты (то есть орбиты Луны). Изготовить его можно из углеродных полимеров толщиной с карандаш.
Лифт, согласно проекту, совершает полный оборот раз в месяц. Это позволит распределить центробежную силу так, чтобы она проходила через точку Лагранжа — там, где гравитационные поля Земли и Луны полностью нейтрализуют друг друга. Там же предлагают разместить орбитальные станции (сейчас они вращаются на орбите Земли). В точке Лагранжа значительно меньше изменение скорости силы тяжести, поэтому оброненные предметы остаются рядом, а не улетают в атмосферу.
На реализацию проекта понадобятся миллиарды долларов. Но это позволит на две трети сократить расходы на топливо, которое уходит на запуски ракет. Кроме того, проект откроет возможности для создания колоний-поселений на поверхности Луны.
С 2005 года NASA проводит конкурс на лучшую модель космического лифта — аппарата, который поднимется по тросу на максимальную высоту с максимальной скоростью. Подобные же конкурсы проводят в Германии и Японии. Пока что самый выдающийся результат — 1,2 км. Победители получали гранты на свои исследования, но так и не смогли продвинуться дальше прототипа.
В Канаде разработкой лифта занимается Thoth Technology. Компания получила патент США на свою разработку башни, которая сохраняет жесткость за счет сжатого газа. В концепции канадцев лифт будет доставлять грузы на высоту 20 км, откуда их будут забирать ракеты. Это позволит экономить до 30% топлива.
В Японии создание космического лифта активно поддерживается государством. Местная Obayashi Company обещает построить лифт к 2050 году. Компания работает с частными подрядчиками и университетами, чтобы создать максимально прочные нанотрубки.
В 2018 году на МКС стартовал эксперимент STARS-Me, разработанный физиками из японского университета Сидзуока. Это автономный роботизированный спутник с космическим мини-лифтом, который будет в миниатюре моделировать условия, с которыми могут столкнуться подобные системы. Его камеры будут следить за движением двух крошечных лифтов по десятиметровому тросу в невесомости.
Китайцы намерены опередить Японию и построить космический лифт к 2045 году. Они тоже ведут разработки в области углеродных нанотрубок. В 2018-м исследовательская группа Университета Цинхуа запатентовала технологию создания углеродного волокна, 1,6 г которого выдерживает до 800 тонн.
Что думают эксперты?
В NASA считают, что сама концепция космического лифта очень перспективна. Главную ставку делают на японский и китайский проекты — то есть, запуск лифта к 2050 году.
Митио Каку, профессор физики Городского колледжа Нью-Йорка, популяризатор науки и футуролог, называет космический лифт «Святым Граалем освоения космоса»:
«Представьте, что вы нажимаете кнопку «вверх» и поднимаетесь на лифте в небо. Это могло бы открыть космос для каждого человека».
Питер Суон, президент Международного консорциума по созданию космического лифта ISEC, тоже настроен оптимистично: «Эта технология открывает феноменальные возможности, она обеспечит человечеству доступ к Солнечной системе. Я думаю, что первые лифты будут работать в автоматическом режиме, а спустя 10-15 лет в нашем распоряжении уже будут от шести до восьми таких устройств, достаточно безопасных, чтобы транспортировать людей».
Однако Суон также говорит и о трудностях: «Единственная технологическая проблема, которую предстоит решить — подбор подходящего материала для изготовления троса. Все остальное мы можем построить уже сейчас».
Кевин Фонг, основатель Центра высотной, космической и экстремальной медицины при Университетском колледже Лондона, тоже считает идею амбициозной: «Мне нравится дерзость концепции космического лифта. Я могу понять, почему она кажется людям такой привлекательной. Возможность добираться до низких орбит Земли недорого и безопасно открывает для нас всю внутреннюю область Солнечной системы».
При этом Фонг признает, что строительство космического лифта — достаточно сложный процесс. Он считает, что даже если людям удастся преодолеть технические сложности, получившаяся конструкция будет представлять собой «гигантскую натянутую струну, сводящую космические аппараты с орбит и постоянно подвергающуюся бомбардировке космическим мусором». Кроме того, строительство такого лифта потребует активного использования космических кораблей и большого количества выходов в открытый космос за всю историю человечества.
Илон Маск и вовсе усомнился в реальности этой идеи. Выступая на конференции в Массачусетском технологическом институте, он сказал:
«Это слишком технически сложная задача. Проще соорудить мост между Лос-Анджелесом и Токио, чем построить лифт на орбиту».
Источник