Благодарение на космически асансьор, способен да доставя хора и товари от повърхността на Земята на орбита, човечеството може да се откаже от използването на екологично вредните ракети.
Но създаването на подобно устройство не е толкова просто, изяснява BBC Future.
Когато стане дума за прогнози за развитието на новите технологии, мнозина смятат за авторитет милионера Елън Мъск – един от лидерите в сектора на неправителствените научноизследователски работи, на когото му хрумнала идеята за Hyperloop, високоскоростен влак между Лос Анджелис и Сан Франциско.
Но има проекти, които дори Мъск смята за практически неосъществими. Например проекта за космически асансьор.
„Това е прекалено технически сложна задача. Едва ли космически асансьор може да се създаде реално“, заявил Мъск на конференция в Масачузетския технологичен институт миналата есен. Според него по-лесно е да се направи мост между Лос Анджелис и Токио, отколкото да се построи лифт на орбита.
Идеята за изпращане на хора и товари в Космоса в капсула, плъзгаща се нагоре-надолу по гигантско въже, което се задържа на място благодарение на въртенето на Земята, не е нова.
Подобни описания може да се срещнат в работите на такива писатели фантасти като Артър Кларк. Но тази концепция не е смятана за осъществима досега. Може би увереността, че ни е по силите да решим тази изключително сложна технически задача всъщност е самоизмама?
Ентусиастите смятат, че построяването му е напълно възможно. Според тях ракетите, работещи на токсично гориво, представляват остарял, опасен за човека и природата и прекалено скъп вид космически транспорт.
Предлаганата алтернатива всъщност е жп линия, прокарана на орбита – свръхздраво въже, единият край на който е закрепен върху повърхността на Земята, а другият – към противотежестта, намираща се на геосинхронна орбита и затова постоянно висяща над една точка на земната повърхност.
В качеството на лифтови кабинки ще се използват електрически апарати, движещи се нагоре и надолу по въжето. Благодарение на космическия асансьор стойността на изпращането на товари в Космоса може да се намали до 500 долара за килограм – според неотдавнашния доклад на Международната академия по астронавтика (IAA) сега тази цифра е приблизително 20 000 долара за килограм.
„Тази технология разкрива феноменални възможности, тя ще осигури на човечеството достъп до Слънчевата система – казва Питър Суон, президент на Международния консорциум по създаването на космически асансьор ISEC и съавтор на доклада на IAA. – Смятам, че първите асансьори ще работят в автоматичен режим, а след 10–15 години ще имаме на разположение от шест до осем такива устройства, достатъчно безопасни, за да транспортират хора.“
Корените на идеята
Сложността е в това, че височината на подобно съоръжение трябва да е до 100 000 километра – това е повече от два земни екватора. Съответно конструкцията трябва да е достатъчно здрава, за да издържа собственото си тегло. На Земята просто няма материал с необходимите якостни характеристики.
Но някои учени смятат, че този проблем може да се реши в сегашното столетие. Голяма японска строителна компания обяви, че се възнамерява да строи космически асансьор към 2050 година. А американски изследователи наскоро създадоха нов диамантоподобен материал на основата на нанонишки от компресиран бензол – оценяваната му якост може да послужи за космически лифт още приживе на мнозина от нас.
За първи път концепцията за космически асансьор е разгледана през 1895 г. от Константин Циолковски. Руският учен, вдъхновен от примера на скоро построената Айфелова кула в Париж, се заел с изследване на физичните аспекти за строителството на гигантска кула, с която да се доставят космически кораби на орбита без използване на ракети.
По-късно, през 1979 г., тази тема споменава писателят фантаст Артър Кларк в романа „Фонтаните на рая“ – неговият главен герой строи космически асансьор, подобен по конструкция на обсъжданите сега проекти.
Въпросът е, как да се въплъти идеята.
„Харесва ми дързостта на концепцията за космически асансьор – казва Кевин Фонг, основател на Центъра за височинна, космическа и екстремална медицина при Лондонския университетски колеж. – Мога да разбера защо тя изглежда толкова привлекателна на хората: възможността да стигаш до ниски орбити на Земята евтино и безопасно ще разкрива за нас цялата вътрешна област на Слънчевата система.“
Проблеми на сигурността
Но да се построи космически асансьор, няма да е лесно. „Да започнем с това, че въжето трябва да е от свръхздрав, но гъвкав материал и да притежава специални характеристики, за да издържа теглото на движещите се по него апарати, и едновременно способно да устои на постоянно странично въздействие.
„Сега такъв материал просто не съществува – казва Фонг. – Освен това строителството на такъв асансьор изисква най-интензивно използване на космически кораби и най-голямо количество излизания в Открития космос за цялата история на човечеството.“
По думите му не може да се пренебрегнат и проблемите за безопасността.
„Дори да успеем да преодолеем огромните технически трудности, свързани с построяването на асансьора, получената конструкция ще представлява гигантска натегната струна, возеща космически апарати, и постоянно ще бъде подложена на бомбардировки от космически боклук.“
За последните 12 години са публикувани три подробни проекта за космически асансьор. Първият е описан от Брад Едуардс и Ерик Уестлинг в книгата „Космически елеватори“, излязла през 2003 година. Този асансьор е предназначен за транспортиране на 20-тонни товари с енергия от разположени на Земята лазерни установки. Изчислената себестойност на превозите е 150 долара за килограм, а стойността на целия проект се оценява на 6 милиарда долара.
През 2013 година академията IAA развива тази концепция в собствен проект, осигуряващ повишена защита на лифтените кабинки от атмосферни явления до височина 40 километра, при достигането на които задвижването на кабинките на орбита трябва да става вече от слънчева енергия. Себестойността на транспортирането е 500 долара за килограм, а цената на построяването на първите два такива лифта е 13 милиарда долара.
В предишните концепции за космически асансьор са давани разнообразни решения на проблема с космическата противотежест, призвана да удържи въжето опънато – включително е предлагано използването на уловен и доставен на необходимата орбита астероид.
В доклада на IAA се отбелязва, че някога такова решение може и да може да се реализира, но в близко бъдеще е невъзможно.
Плаваща „котва“
За да удържа въже с маса 6300 тона, противотежестта трябва да е 1900 тона. Частично тя може да се сформира от космически кораби и други спомагателни апарати, които ще се използват да построяването на асансьора. Възможно е също използването на намиращи се недалеч отработени спътници, които да се отведат на новата орбита.
Авторите на доклада на IAA отбелязват, че противотежестта трябва да е устойчива към въздействие на радиация, бомбардиране от метеори и скокове в температурите.
Те също предлагат да се направи „котва“, която държи въжето към Земята, във вид на плаваща платформа с размер на голям танкер или самолетоносач, и да се постави тя недалеч от екватора с цел увеличаване на носещата ѝ способност.
В качеството на оптимална точка за „котвата“ се предлага район от 100 км западно от Галапагоските острови, рядко подлагани на урагани, торнадо и тайфуни.
Корпорацията Obayashi – една от петте големи строителни фирми в Япония – миналата година обяви планове по създаването на космически асансьор от по-здрава конструкция, по който да се движат автоматични кабинки на магнитна левитация. Подобна технология се прилага на високоскоростните влакове.
По-здравото въже е необходимо поради това, че японският лифт се планира да бъде използван и за транспортирането на хора. Стойността на проекта се оценява на 100 милиарда долара, като себестойността на транспортирането на товари на орбита може да се сведе до 50–100 долара за килограм.
Макар безспорно техническите трудности за строителството на подобен асансьор да са предостатъчно, всъщност единственият елемент на конструкцията, който все още е невъзможно да бъде създаден, е самото въже, казва Суон.
„Единственият технологичен проблем, който предстои да се реши, е подборът на подходящ материал за изработването на въжето. Всичко останало можем да направим още сега.“
Диамантени нишки
В момента за най-подходящ материал за въжето може да се смятат въглеродни нанотръбички, създадени в лабораторни условия през 1991 г. Тези цилиндрични структури имат якост на опън 63 гигапаскала, тоест те са около 13 пъти по-здрави от най-здравата стомана.
Максимално достижимата дължина на тези нанотръбички постоянно се увеличава – през 2013 година китайски учени успяха да я доведат до половин метър. Авторите на доклада на IAA прогнозират, че към 2022 година ще бъде достигната дължина от километър, а към 2030-а ще могат да се създават нанотръбички с подходяща дължина за използване в космическия асансьор.
Междувременно през септември миналата година се появи нов свръхздрав материал – в статия, публикувана в изданието Nature Materials, учени под ръководството на професора по химия Джон Бадинг от Пенсилванския университет съобщиха за получаване в лаборатория на свръхтънки „диамантени нанонишки“, които могат да се окажат дори по-здрави от въглеродните нанотръбички.
Учените компресирали течен бензол под налягане, превишаващо атмосферното 200 000 пъти. След това налягането бавно било понижавано и се оказало, че атомите на бензола се прегрупирали, създавайки високоподредена структура от пирамидални тетраедри.
В резултат се образували свръхтънки нишки, много напомнящи по структура на диамант. Макар поради свръхмалките им размери да е невъзможно да се измери тяхната здравина, теоретичните изчисления сочат, че тези нишки може да се окажат по-здрави от най-здравите съществуващи синтетични материали.
Намаляване на рисковете
„Ако се научим да създаваме диамантени нанонишки или въглеродни нанотръбички с необходимата дължина и необходимите качества, трябва да сме практически сигурни, че те ще се окажат достатъчно здрави за използване в космически асансьор“, казва Бадинг.
Впрочем, дори да се намери подходящ материал за въжето, няма да е лесно да се сглоби конструкцията. Вероятно ще възникнат и трудности, свързани със безопасността на проекта и необходимото финансиране. Но това не спира Суон.
„Разбира се, сблъскваме с големи трудности, но проблеми са решавани и при строителството на първата международна железница [в САЩ], и при прокарването на Панамския и Суецкия канал – казва той. – Ще са необходими много време и пари, но както и с всеки голям проект, просто проблемите трябва да се решават според тяхното възникване, като едновременно с това постепенно се снижават възможните рискове.“
Дори Елън Мъск не е готов категорично да отхвърли възможността за създаването на космически асансьор.
„Не мисля, че днес тази идея може да се реализира, но ако някой успее да докаже обратното, ще бъде страхотно“, заявил той на миналогодишната конференция в Масачузетския технологичен институт.
