RiffReporter Чого не вистачає космічному ліфту
Японський космічний корабель збирається випробувати крихітний ліфт у космосі. У майбутньому ця технологія може зробити революцію в космічних подорожах, але вона ще далеко не зріла.
Починаючи з тропічного острова посеред Тихого океану, проходить тонка пластина, яка, здається, загубилася десь у безхмарному блакитному небі: це мотузка, що тягнеться в космос. По цій мотузці в небо піднімаються капсули, які неквапливо транспортують вантажі та людей на геостаціонарну орбіту. Ні зворотного відліку, ні паруючих ракетних двигунів, замість цього безшумний ліфт: це бачення майбутнього надихало авторів наукової фантастики протягом десятиліть, оскільки це зробило б космічні подорожі набагато дешевшими та відкрило б абсолютно нові галузі економіки в космосі. Але інженери лише зрідка починають вирішувати проблеми, які потрібно вирішити. Одним з них є Йосікі Ямагіва з японського університету Сідзуока, який зі своїми студентами на борту безпілотного космічного корабля HTV 23 вересня крихітний космічний ліфт до Міжнародної космічної станції. Це CubeSat завширшки десять сантиметрів і довжиною 23 сантиметри, який повинен бути витіснений з космосу в кінці жовтня 2018 року для тестування першого в космосі ліфта. Однак навряд чи можна буде усунути технічні перепони цієї технології.
Стара ідея
Ще в 1895 р. Російський піонер космічних подорожей Костянтин Зіолковський сформулював ідею ще більшої споруди, яка могла б сягати в космос, під враженням від нещодавно зведеної Ейфелевої вежі. Але майже сто років просто не було відомого матеріалу, який би для нього підходив. Наприклад, сталь би зламалася на висоті ледве 30 кілометрів через власну вагу, незалежно від того, наскільки стійким був побудований сталевий трос. Хоча цю концепцію неодноразово брали на озброєння фантасти, лише після 1991 року інженери почали серйозніше займатися ліфтом у космос. Того року японський вчений Суміо Іідзіма відкрив вуглецеві нанотрубки. Цей матеріал у сто разів міцніший за сталь, але лише наполовину важчий за алюміній. Математично мотузку з вуглецевих нанотрубок можна було натягнути далеко позаду геостаціонарної орбіти; все одно було б настільки легко, що сьогоднішня ракета з великим навантаженням могла б запустити її в космос, а потім скотити до Землі.
Один дивився на технічні деталі такої мотузки Дослідження NASA у 2000 році: з острова чи платформи в менш бурхливих тропічних широтах Тихого океану мотузка сягала б до космосу 144 000 кілометрів - до третини відстані від Місяця. Тут противага утримає мотузку підтягнутою через відцентрову силу, тоді як платформа на висоті 34000 кілометрів може вмістити космічну станцію в невагомості. Перевезення вантажів і людей туди, що робить ракети зайвими. Кілограм, розміщений у космосі, коштував би трохи більше 200 доларів замість 20 000 доларів сьогодні. Прихильники технологій мріють про величезні готелі в космосі, сонячні електростанції на орбіті та шахти на астероїдах. Відцентрова сила на кінці мотузки навіть дозволила б міжпланетну подорож із набагато меншим використанням палива, ніж у сучасних рушійних системах. Але найважливішою проблемою залишається матеріал і донині: вуглецеві нанотрубки довели свою величезну міцність лише в лабораторних масштабах. Технологій виготовлення мотузок довжиною у метри чи навіть кілометри до сьогодні не існує.
Японський "Космічний прив'язаний автономний робототехнічний супутник - міні-ліфт" важить лише 2,7 кілограма (ЗІРКИ-МЕНЕ) - це CubeSat, один з багатьох невеликих супутників, які зараз запускаються в космос, і які мають випробувати нові та технічно ризиковані процеси для космічних подорожей. STARS-ME несе кевларову мотузку, яка ще не підходить для підйому з землі в космос. Коли CubeSat покинув космічну станцію і вільно кружляє землею, кубоїд ділиться на два кубоподібних кубеса, які залишаються з'єднаними один з одним мотузкою довжиною 14 метрів. Крихітний робот із власним приводом повинен ковзати між ними. Це був би перший ліфт у космосі, але досить невеликий за розміром сірникової коробки.
Булки, бурі та брухт
Космічні агентства, такі як Європейське космічне агентство - роботодавець Маркуса Ландграфа, до цього часу не надавали значення бюджетам космічних ліфтів. Фелікс Хубер також скептично ставиться до фундаментальних міркувань: "Нелегко тримати таку мотузку стабільною на орбіті", - говорить директор з космічних операцій та підготовки астронавтів у Німецькому аерокосмічному центрі в Оберпфаффенхофені. Хубер посилається на різні спроби в минулому, коли два супутники кружляли навколо Землі, з'єднані кілометрами кабелів. Багато з цих місій зазнали невдачі, через ненавмисне нарощування високої електричної напруги, заїдання канатних лебідок або через те, що канати заплутались через невеликі виробничі помилки. Крім того, мотузки легко розгойдуються на орбіті. Однак космічний ліфт не лише досягав вакууму, але й атмосфери, яка також тягне його, наприклад під час тропічних штормів. "Навіть коли ліфт запускається, він тягне мотузку", - говорить Хубер. "Це одне дозволяє вібраціям поширюватися і нарощуватись".
Канат довжиною в десятки тисяч кілометрів мав би боротися з іншими проблемами: на висоті від 200 до 900 кілометрів він проходив би через зону, в якій відбувається атомарний кисень, розщеплений ультрафіолетовим випромінюванням Сонця, який окислює органічні матеріали, як мотузка з вуглецевих нанотрубок. і розкладався б. Космічний мотлох також може зруйнувати мотузку - особливо на геостаціонарній орбіті кладовища: це різко розмежована і кругла зона над геостаціонарними орбітами, в якій утилізуються застарілі супутники - і яку орбітальній мотузці доведеться перетинати. Крім того, на глибоких орбітах та мікрометеоритах швидко обертається космічне сміття, яке може пробити діри в мотузці або, у гіршому випадку, зруйнувати її.
Маркус Ландграф, який має досвід динаміки польотів, вважає усі ці проблеми в принципі розв'язний: Динаміка таких мотузок давно зрозуміла теоретично. І конструктори могли просто встановити нижній кінець космічної мотузки таким чином, що він буде гасити вібрації протилежними обертовими рухами. За таких свідомо індукованих вібрацій можна було б уникнути більших шматочків на орбіті Землі, тоді як дрібні дірки, порвані, потрібно було б ремонтувати. Сміття на орбіті кладовища в будь-якому випадку було б досить повільним щодо мотузки. А мотузку потрібно було б покрити, щоб захистити від випромінювання та атомарного кисню. Це покриття може навіть розвиватися природним шляхом само по собі: дослідження NASA 2000 року вже передбачає, на основі початкових експериментів, що на зовнішній стороні мотузки буде розвиватися окислений шар, який служить природним захистом для глибших шарів.
Провидця воліє мовчати
Кількість проблем, які потрібно вирішити, не мала; Однак прихильники та скептики сходяться на думці, що основною перешкодою для космічного ліфта є матеріал. Навіть Ілон Маск, чия космічна компанія SpaceX має офіційну мету колонізувати Марс, у 2015 році написав твіт: "Будь ласка, не питайте мене про космічний ліфт, перш ніж хтось побудує споруду з вуглецевих нанотрубок, яка довша за пішохідний міст".
І, будь ласка, не питайте мене про космічні ліфти, поки хтось, принаймні, не побудує вуглецеву нанотрубку довше, ніж міст
Дослідження, проведене Міжнародною академією космонавтики, оцінило час розробки таких довгих ниток вуглецевих нанотрубок щонайменше 20 років - смілива екстраполяція в базових дослідженнях.
Однак Маркус Ландграф зазначає, що на сьогоднішній день вуглецеві нанотрубки не оптимізовані для створення якомога довших струн. Завдяки дослідженням останніх років вони стали ширшими, ніж довшими. "Наскільки швидко ліфт може бути реалізований, залежить від цільового напрямку досліджень". І окрім крихітних експериментів CubeSat, більшість інших технічних перешкод вже можна перевірити за допомогою реального космічного ліфта, наприклад на Місяці, до якого перебувають космічні агентства у всьому світі. хочу повернутися на найближчі кілька десятиліть. Тут небезпека від атмосфери та космічного сміття навряд чи присутня; інженери вже могли безперешкодно випробувати динаміку мотузки, яка довжиною в тисячі кілометрів. Ще одна перевага: на Місяці мотузку можна легко побудувати з кевлару, матеріалу, який вже є в наявності.
Два подібні тексти нещодавно з’явилися на Spektrum.de та Neue Zürcher Zeitung.
Зареєструйтесь тут - тоді ви будете регулярно отримувати посилання на наші найкращі статті та інформацію про космічних репортерів.
"Малі відстані дуже ризиковані"
Вперше чотири супутники мають здійснити орбіту навколо Землі по колу. Політ пласту не позбавлений небезпеки, але відкриває нові способи спостереження за землею. Керівник місії працює над ідеєю вже 15 років.
Чому німецький космічний радар?
Все більше супутників, використаних частин ракет та іншого космічного сміття товпляться в небо - і стають небезпекою. Для їх спостереження інженери в даний час вводять в експлуатацію новий космічний радар поблизу Кобленца. Але наразі ці дані дозволяється використовувати лише дослідникам у Німеччині. Назрів би час для європейського контролю за рухом навколо земної орбіти.
Досьє: майбутнє космічних подорожей
Нові ракети, нові космічні кораблі, нові цілі: космічні подорожі в даний час змінюються швидше, ніж це було протягом десятиліть. Наші дослідження проведуть вас до цієї нової сфери.
Тендітна планета
Колекція цитат космонавтів може допомогти побачити нашу рідну планету іншими очима.
Космонавти знову починають з Америки
Вперше за дев’ять років США відправляють астронавтів на саму МКС. Це залишається невеликим переломним моментом.
Фотографії Хаббла з 30 років
Телескоп Хаббл полетів у космос 30 років тому. Це змінило наш погляд на космос. Це наш вибір основних моментів.
Вітрильні зонди
Вітрила в космосі - вікова ідея, але вона вже давно не працює. Крихітний супутник тепер показав, що він працює. Коли ми пливемо до Юпітера?
Covid-19 у космосі та астрономії
Пандемія все більше впливає на космічні подорожі, і великі телескопи повинні експлуатуватися з меншою кількістю персоналу.
Жодної квоти в космосі?
NASA призначило стільки жінок, скільки чоловіків, як нових космонавтів з 2013 року. Європейське космічне агентство значно відстає. Але незабаром має відбутися наступний відбір.
Стаття та подкаст: Космос стає полем битви
Приземний космос здавна вважався загальним надбанням людства. Але стратегічні міркування все більше загрожують цьому. Супутники все частіше стають мішенню.