Для того чтобы преодолеть притяжение Земли, необходимо заплатить высокую цену. И для человечества, это, пожалуй, самое главное препятствие в освоении Солнечной системы.
Зефир Пенойр и Эмили Сэнфорд считают так же – поэтому они решили опубликовать исследование, в котором рассматривается вопрос существования космического лифта, созданного с помощью современных технологий.
Вся суть проблемы стоимости доступа в космос завязана на принципе работы жидкостных ракетных двигателей. Этот принцип предполагает, что нам нужно выбросить часть вещества (топливо) в одном направлении, чтобы другая часть вещества (ракета с полезной нагрузкой) двигалась в противоположном. А это значит, что нам с собой необходимо тащить огромную кучу топлива, которое в процессе выведения груза на орбиту просто выбрасывается за борт.
Поэтому стоимость размещения какого-то килограмма полезной нагрузки на орбите обходится в несколько десятков тысяч долларов. А если вы хотите добраться до Луны (или ещё куда подальше) — то придётся заплатить ещё больше. По этой причине и существует значительный интерес к поиску более дешёвых путей доставки грузов в космос.
Один из таких путей предполагает создание так называемого космического лифта, который по сути представляет собой гигантских размеров трос, простирающийся от Земли до орбиты. Преимуществом космического лифта является тот факт, что для доставки полезной нагрузки на орбиту нет необходимости использовать топливо – подойдёт и обычная солнечная энергия.
Но у него есть довольно значительный недостаток. Этот недостаток заключается в прочности материалов, из которых сделан лифт. Вы можете сказать что-нибудь в духе: «но мы же разработали углеродные нанотрубки!» Спешу огорчить: мы не научились создавать нанотрубки длиной в тысячи километров. Эта технология требует серьёзных улучшений.
Но Пенойр и Сэнфорд не теряют надежды: они взглянули на идею космического лифта под другим углом. Поэтому то, что они называют «космический шнур», можно изготовить из уже существующих материалов. Давайте немного окунёмся в предысторию.
Традиционно космический лифт представляли как закреплённый на Земле огромных размеров трос, который будет простираться за пределы геосинхронной орбиты. И так как его длина составляет тысячи километров, то его масса будет, мягко говоря, очень большой. Для того, чтобы трос не рухнул обратно на Землю, нам необходимо на другой его конец (который не закреплён на Земле) повесить какой-то элемент примерно такой же массы – тогда в действие вступят центробежные силы. И наш космический лифт будет находиться в равновесии.
В течение многих лет физики, писатели-фантасты и визионеры с энтузиазмом пытались рассчитать величину этих сил. Но результат их, к сожалению, удручал. Ни один из известных материалов не является достаточно прочным, чтобы справиться с этими силами – ни шелк паука, ни кевлар, ни даже самые прочные современные полимеры из углеродного волокна.
Так что вернёмся к Пенойру и Сэнфорд. Потому что всё, что они предлагают — это закрепить трос не на поверхности Земли, а на поверхности… Луны!
Есть большая разница между центробежными силами на Луне и центробежными силами на Земле. Космический лифт, закреплённый на Земле будет вращаться соответственно вращению Земли, совершая один оборот за одни сутки. Но на “космический шнур” Пейора и Сэнфорд будут действовать гораздо меньшие силы – всё потому, что его период вращения будет составлять примерно один месяц (период обращения Луны составляет чуть больше, чем 27 суток).
Более того, расположение сил будет иным! По причине того, что если мы будем строить “космический шнур” с поверхности Луны, то он будет проходить через точку Лагранжа L1. А это даёт нам ряд интересных преимуществ.
Протягивать трос с Луны непосредственно до поверхности Земли не имеет смысла – в таком случае силы, действующие на него, будут всё также велики. Но это не значит, что нельзя извлечь из идеи космического лифта какую-либо пользу.
Целью исследователей было показать, что с помощью уже существующих материалов (см. Zylon) можно поддерживать существование конструкции, простирающейся от Луны до геосинхронной орбиты. Это звучит очень амбициозно. Но экономия в таком случае была бы огромна – подобная конструкция могла бы уменьшит расход топлива для достижения поверхности Луны более чем на 60%.
И это открывает для исследований новую область космического пространства – точку Лагранжа – где благодаря гравитационной устойчивости можно создавать строительные конструкции, которые невозможно создать где-нибудь на орбите Земли. Также в этой области пространства нет такого большого количества космического мусора, как на околоземной орбите, к примеру. Поэтому исследователи утверждают, что доступ к точке Лагранжа – основное преимущество “космического шнура”.
Станция или база в точке Лагранжа – это важный элемент для эксплуатации “космического шнура” и исследований космоса. Такой элемент инфраструктуры помог бы нам проводить более масштабные эксперименты – представьте себе новые телескопы, ускорители частиц, детекторы гравитационных волн и так далее. Отсюда же можно было бы запускать космические миссии в различные уголки Солнечной системы.
Это исследование – довольно интересная работа, которая вновь предлагает нам вернуться к идее космического лифта. Возможно, что благодаря ей доступ к точке Лагранжа, Луне и местам за её пределами в будущем станет намного более дешёвым.