Лифт в космос

Космический лифт, если бы его удалось создать с применением нанотехнологий, кардинально изменил бы ситуацию с исследованием космоса[42]. Космический лифт представляет собой длинную штангу, протянувшуюся с поверхности Земли в открытый космос. Представляете, входишь в кабину, нажимаешь на кнопку, и лифт быстро поднимает тебя на орбиту. Никаких перегрузок при старте ракеты с космодрома — подъем в космос будет таким же мягким и спокойным, как подъем в лифте на верхний этаж небоскреба. Космический лифт бросил бы вызов земному тяготению и обеспечил нам простой способ подниматься в небеса.

О возможности космического лифта первым задумался Константин Циолковский, которого очень заинтересовало строительство в 1880-х гг. Эйфелевой башни в Париже. Если инженеры смогли построить столь великолепное сооружение, спросил он себя, то почему бы не продолжить строительство и не направить конструкцию прямо в открытый космос? Основываясь на простых физических принципах, Циолковский сумел показать, что теоретически, если сделать башню достаточно высокой, то с какого-то момента центробежная сила сможет поддерживать ее в вертикальном положении без какого-либо внешнего воздействия. Точно так же, как раскручиваемый на нитке шарик не падает на пол, удерживаемый в воздухе благодаря вращению, космический лифт будет удерживать от падения центробежная сила вращающейся Земли.

Идея о том, что ракеты — это, возможно, не единственный способ проникнуть в космос, оказалась радикальной и захватывающей. Но сразу же обнаружилось и препятствие. Нагрузка на тросы космического лифта может достигнуть 100 ГПа, что намного превосходит прочность стали, которая составляет 2 ГПа. Стальные кабели лопнули бы, и космический лифт кувыркаясь полетел бы на землю.

Концепция космического лифта была положена на полку почти на столетие. Иногда о таких устройствах вспоминали писатели-фантасты — к примеру, Артур Кларк в романе «Фонтаны рая». При этом на вопрос о том, когда космический лифт может быть сооружен, Кларк ответил: «Вероятно, лет через 50 после того, как все перестанут смеяться»[43].

Теперь уже никто не смеется над этой идеей. Внезапно космический лифт перестал казаться неосуществимой выдумкой. В 1999 г. проведенное НАСА предварительное исследование показало, что лифт с тросом диаметром чуть менее 1 м и длиной около 45 000 км мог бы доставлять на орбиту до 15 т полезной нагрузки. В 2013 г. Международная академия астронавтики выпустила 350-страничный доклад, в котором говорилось, что при достаточном финансировании и активных исследованиях космический лифт, способный доставить на орбиту по 20 т груза, может быть построен к 2035 г. Стоимость строительства обычно оценивают в диапазоне $10–50 млрд — крохи по сравнению со $150 млрд, потраченными на Международную космическую станцию. При этом космический лифт может снизить стоимость доставки грузов в космос в 20 раз.

Задача строительства космического лифта из области фундаментальной физики перешла уже в область инженерного дела. Проводятся расчеты, чтобы определить, можно ли изготавливать тросы космического лифта из чистых углеродных нанотрубок, которые обладают достаточной прочностью и выдержат все нагрузки. И сумеем ли мы изготовить достаточное количество этих трубок, чтобы протянуть их на тысячи километров в космос? Ответ ясен: в настоящее время — нет. Пока чрезвычайно трудно получить нанотрубки из чистого углерода длиннее сантиметра. Возможно, вы слышали сообщения о том, что изготовлены многометровые нанотрубки, но на самом деле речь идет о композитных материалах. Это короткие нити углеродных нанотрубок, спрессованные в длинное волокно, не обладающее, однако, чудесными свойствами чистых углеродных нанотрубок.

Чтобы подстегнуть интерес к таким проектам, как космический лифт, НАСА финансирует программу Centennial Challenges, в рамках которой проводятся конкурсы и выдаются призы энтузиастам, разрабатывающим космические технологии. Как представитель телеканала я вел конкурс, в котором участники предлагали свои компоненты для прототипа мини-лифта. Я видел, как при помощи лазерных лучей они гнали небольшую капсулу вверх по длинному тросу. Это молодые люди, убежденные в том, что космический лифт распахнет двери небес для всех желающих, новый класс предпринимателей-инженеров, которые жаждут строить будущее.

Космический лифт произвел бы настоящую революцию в наших отношениях с космосом. Пространство, открытое только для астронавтов и военных пилотов, могло бы стать игровой площадкой для детей и целых семей. Лифт предложил бы нам эффективный подход к космическим путешествиям и космическим носителям нового типа, включая звездолеты, способные летать почти со скоростью света.

Если смотреть на вещи реалистически, космический лифт с учетом стоящих перед нами громадных инженерных проблем вряд ли удастся построить до конца этого столетия.

Разумеется, присущие нам как виду любопытство и амбиции со временем заставят нас когда-нибудь пойти дальше термоядерных двигателей и двигателей на антивеществе и принять важнейший вызов. Не исключено, что однажды мы сумеем преодолеть абсолютный предел скорости во Вселенной — скорость света.