Третий вид космического транспорта вот-вот станет реальностью. 12 апреля 2018 года начнет действовать космический лифт — вслед за ракетами, придуманными нашими, и «челноками», впервые запущенными американцами. Согласно американскому проекту, путешествие в гондоле по натянутому от Земли до неба тросу обойдется будущим туристам в $20 000 — в сегодняшних ценах. Или в 10 раз дешевле — если пионером станет русский проект
Когда-то мы, человечество, мечтали путешествовать в космосе — летать на «Хиусах» и «Тариэлях», разведывать уран на Венере, строить города на Марсе и научные станции возле Сатурна. Потом две крупнейшие державы мира в рекордные сроки создали новую и очень сложную промышленность — ракетную. Потом русские поселились на орбите Земли в «Салютах» и «Алмазах», а американцы гуляли по Луне. Казалось, так будет всегда, и мы уже планировали отпуска в Пространстве и выбирали детям звездные специальности.
А потом все закончилось. Космическая экспансия земной цивилизации уперлась в экономику: существующие средства отрыва от Земли — ракеты — оказались непомерно дорогими для бизнеса, а для проектирования новых устройств недоставало технологий. Мечтать мы, конечно, не перестали, но перестали верить в мечту. Разговоры о покорении космоса стали чем-то неприличным в «интеллигентной среде».
И вот сейчас мы опять можем говорить об этом без тоскливого ощущения поражения. Потому что одна из идей, возникших еще до полета Гагарина, получила техническое обоснование. Речь идет о космическом лифте, недорогом в эксплуатации подъемнике на высокие — в сотни тысяч километров — орбиты. Гондолы с пассажирами и грузами будут подниматься по тросу, натянутому от Земли в космос. Материал для такого троса — нанотрубки.
США стали первой страной, принявшей закон о космическом туризме. В конце прошлого года президент Буш подписал постановление о поправках в закон о коммерческих запусках в космос (акт H.R. 5382). По новой редакции, частные компании практически не несут ответственности за безопасность клиентов, пожелавших отправиться за пределы земной атмосферы. Будущим космическим туристам просто объясняют, на какой риск они идут, а дальше дело самих туристов — лететь или сидеть на Земле. Федеральное управление авиации США не может предъявить никаких требований к конструкции космических аппаратов, а вмешиваться в работу «частников» будет только в том случае, если кто-то из пассажиров погибнет или получит серьезные травмы.
Зачем принимать такие странные поправки? Затем, чтобы инвесторы не боялись нарушить какие-нибудь правила безопасности и смело строили суборбитальные корабли, подобные стартовавшему прошлым летом SpaceShipOne. С другой стороны, американский народ хочет летать на свой страх и риск: число людей, готовых сесть в такой несолидный с виду самолетик, чтобы подняться на 100 километров и несколько минут побыть в невесомости, уже сейчас исчисляется сотнями. Цена билета пока неизвестна, но вряд ли она будет меньше $100 000. Удовольствие, как видим, дорогое и небезопасное, но другой способ выбраться со дна гравитационного колодца — купить тур на МКС у РКК «Энергия» — еще дороже ($20 млн) и вряд ли безопаснее. Спрос на космос есть, поэтому суборбитальные аппараты будут строить, а первое коммерческое использование SpaceShipOne намечено на 2007 — 2008 годы.
Надо думать, фирмы, которые застолбят новый рынок, будут прекрасно существовать. Но чтобы космический туризм действительно стал массовым, цена тура должна опуститься до суммы, которую добропорядочный гражданин может накопить за несколько лет безупречного сидения в офисе. В развитых странах это примерно $10 000 — 20 000. То есть доставка килограмма груза на низкую орбиту должна обходиться меньше чем в $200 против сегодняшних $20 000. И сама услуга должна быть, разумеется, более затейливой — например, недельное размещение на орбите или посещение ближайшего небесного тела — Луны.
Если же посмотреть на перспективные разработки, то всему перечисленному соответствует только космический лифт. А значит, он будет построен.
Впервые идею построить подъемник в небо предложил Константин Циолковский в 1894 году в книге «Грезы о Земле и небе». А в 1960 году Юрий Арцутанов, аспирант Ленинградского технологического института, опубликовал в «Комсомольской правде» статью под названием «В космос — на электровозе». Арцутанов предлагал натянуть тросы из неизвестного материала от поверхности Земли в открытый космос на расстояние в 60 000 км. Поскольку Земля вращается, то центробежная сила натягивает тросы, по которым, как по рельсам, едут электровозы. До геостационарной орбиты, то есть точки на высоте 36 000 км, где центробежная сила уравновешивается гравитацией, поезд движется за счет электричества, а дальше — под действием центробежной силы.
В 1960-е космическая экспансия человечества казалась неизбежной, и звезды были близко, поэтому идея ленинградского аспиранта пошла в народ по обе стороны океана. Перевод статьи был, например, включен в один из официальных меморандумов НАСА в середине 70-х, где с ним ознакомился Артур Кларк, писатель-фантаст и популяризатор науки. Кларк использовал идею в романе «Фонтаны рая», после чего про космический лифт узнали все, интересующиеся хоть чем-то, кроме гамбургера. Появляется несколько работ с математическими обоснованиями, расчетами колебаний тросов и главное — необходимой прочности материала. Тогда-то и выяснилось: в природе существует лишь один материал, способный выдержать чудовищные напряжения, — алмаз (Артуру Кларку, кстати, пришлось выдумать для своего лифта некий алмазоид). Все остальное, включая новомодный кевлар, не годилось. Идею забыли до тех пор, пока в 1991-м японский инженер Сумио Иишима не открыл углеродные нанотрубки.
— Это цилиндрические молекулы углерода диаметром несколько нанометров (нанометр — одна миллионная миллиметра. — А.Т.) и длиной до нескольких микрон, — пояснил «Огоньку» руководитель Наноцентра Московского энергетического института Андрей Алексенко. — Они прочнее стали в 50 раз. Разумеется, из такого материала можно создать трос длиной 100 000 км. И вот сейчас американцы на одной из конференций объявили, что построят космический лифт к 2030 году. Но сначала нужно создать новую углеродную металлургию, чтобы сращивать короткие трубки в волокна. Сейчас такой металлургии нет, но она обязательно будет. Потому что мир стоит на пороге нанореволюции: через 15 — 20 лет появятся другие двигатели, другие мосты, другие компьютеры. Нанотехнологии развиваются с опережением всех прогнозов, так что я не исключаю, что нанометаллургия появится уже через несколько лет, тогда космический лифт построят раньше 2030 года.
С появлением нанотрубок идею космического лифта реанимировали. За дело взялась группа американских ученых из различных институтов. Руководил ими доктор Брэдли Эдвардс, получивший несколько грантов от Института перспективных исследований НАСА. Истратив с 2001 года $570 000, основательные американцы представили полное обоснование концепции космического лифта.
В варианте Эдвардса лифт выглядит так. Лента из наноуглеродных трубок одним концом крепится на платформе в океане, а другой конец на расстоянии 100 000 км от Земли «привязан» к космической станции. Гондолы с грузами и пассажирами движутся по ленте на электромоторах. Моторы питаются энергией от солнечных батарей, батареи, в свою очередь, получают свет от мощного лазера с Земли. Мегаваттные лазеры излучают столб света 15-метровой ширины, в который могут безопасно попадать птицы и самолеты.
В результате грузы несутся вверх по ленте со скоростью 200 км/ч. Гондола путешествует до конечной станции около трех недель, после чего отчаливает на нужную орбиту уже обычным в космосе способом — на электрореактивных двигателях. Все компоненты лифта существуют уже сейчас, кроме самой наноленты. Но исследователи уверены, что нужный материал появится в ближайшие два года (сейчас им больше всего нравится качество китайских нанотрубок, но американцы все же надеются догнать Китай по уровню технологий).
Доктор Эдвардс считает, что система надежна и будет приносить огромный доход уже в первый год своего существования — $2 — 3 млрд в год. Расчеты экономистов предсказывают бурное оживление в ближнем космосе, если цена доставки килограмма груза опустится ниже $1000. А доставка килограмма лифтом обойдется в те самые $200, за которые готовы летать космические туристы. Цена постройки системы, впрочем, тоже немаленькая — $6 — 7 млрд. И НАСА пока не спешит финансировать масштабные работы, предпочитая отделываться небольшими грантами то одному, то другому участнику проекта. Последних это нисколько не смущает: на сайте компании LiftPort Inc., основанной Эдвардсом, уже установлен таймер обратного отсчета времени до первого пуска лифта. Пуск произойдет в 2018 году, разумеется, 12 апреля.
— Эдвардс собирается устанавливать свою платформу в океане в 1000 милях от Галапагосских островов. Неужели вы думаете, что там не бывает штормов? — возмущается профессор кафедры теоретической физики Астраханского педагогического университета Георгий Поляков. — Вот они пишут, что собираются уходить от непогоды, но если шторм охватывает огромные территории, что делать? И это далеко не главный недостаток американского проекта. Мой же лифт позволяет поднимать в 800 (!) раз больше грузов, причем не затрачивая энергии, а, наоборот, производя ее!
Свой проект транспорта будущего Поляков рассчитывал с 60-х годов и несколько раз выступал в прессе.
— Но понимаете, я не ожидал, что нужный материал появится при моей жизни. А когда узнал про нанотрубки, сделал окончательный вариант своего проекта. В 2002-м приехал в Институт прикладной математики им. Келдыша РАН, показал свои книги академику Ишлинскому. Он только сказал: «Впечатляет!» И был оппонентом на моей защите.
Так что в России есть собственный проект по названию докторской — «Исследование механики привязных спутников, космических транспортно-энергетических систем, тросов, зеркал и колец». Идея проста: закольцевать ленту лифта так, чтобы получился фуникулер. На Земле барабан, в космосе барабан, на них проворачивается лента с прикрепленными гондолами. Двигатель в этом случае остается на Земле. Причем можно подобрать длину ленты так, что и двигателя никакого не нужно — конвейер сам будет скользить вверх-вниз за счет центробежной силы. Понятно, что тогда цена «орбитальных» килограммов будет ниже на порядок.
— Можно еще и ток вырабатывать! — утверждает Поляков.
Система Полякова не проработана в тех деталях, в каких описывают свою американские ученые. Те даже экологическую опасность успели изучить: заставляли мышек и кроликов вдыхать пыль из нанотрубок и отслеживали последствия. У нашего космоса на мышек денег нет. Когда профессор в последний раз предлагал свой проект ЦНИИ машиностроения, ему посоветовали самому связаться с НАСА.
|
Алексей ТОРГАШЕВ