Космічний ліфт повинен зробити мандрівку в космос такою ж простою, як поїздка на звичайному ліфті багатоповерхівки. Але побудувати такий ліфт заважає фундаментальна проблема відсутності достатньо міцних матеріалів для канату такого ліфта. Проблема зі створенням матеріалів достатньої міцності така, що дехто пропонує пришвидшти планету, щоб зменшити вимоги до матеріалу канату космічного ліфта.
Як невагомість в космосі пов’язана з космічним ліфтом
Якщо ви бачили трансляції з Міжнародної космічної станції, ви могли помітити, що космонавти плавають в повітрі. В космосі не вдасться ходити так, як ви це робите на Землі, і причиною цього є швидкість польоту космічного корабля та людей в ньому.
Сила гравітації Землі у космосі нікуди не зникає, тіла притягуються планетою. Але супутники рухаються настільки швидко, що попри постійний рух у бік планети, щоб впасти на неї, космічні кораблі не встигають впасти та пролітають повз планету.
Тобто це майже вічне падіння, в якому сила тяжіння компенсується рухом назустріч цій силі. Компенсація неповна, тому більш правильно говорити про мікрогравітацію у космосі – повної невагомості не існує. Швидкість, яка забезпечує таке вічне падіння навколоЗемлі, називається першою космічною.
Космічні станції та супутники можуть дозволити собі літати на відстані лише у кілька сотень кілометрів над поверхнею планети, оскільки вони жодним чином не зв’язані з поверхнею планети. Для вас це виглядає як зірка, що рухається по небу.
Однак космічний ліфт повинен бути закріплений в одній точці на поверхні нашої планети. Для цього ліфт повинен рухатися навколо нашої планети з тією ж швидкістю, з якою планета обертається навколо своєї вісі. Якщо Міжнародна космічна станція (МКС), яка літає на висоті 400 км знизить свою швидкість, щоб перетворитися із рухомої зірки на нерухому, вона впаде на планету. МКС облітає навколо планети кожні 92 хвилини.
Що ж, цю проблему можна вирішити. Перемістіть космічну станцію на відстань 36 000 кілометрів замість 400 кілометрів. У цьому випадку МКС кутова швидкість МКС була б такою ж, як швидкість обертання Землі. Для спостерігача з поверхні Землі, МКС зависне нерухомо в небі, бо їй потрібно 24 години на обертання, які і планеті. Ми називаємо це геостаціонарною орбітою, але вона повинна проходити прямо над екватором, щоб обертання було однаковим.
Немає матеріалу, який витримає 36 000 км
Об’єкт, що знаходиться на геостаціонарній орбіті, ви могли б кабелем зв’язати з поверхнею Землі. Бум – ось і ваш космічний ліфт.
Але зачекайте! Є непереборна проблема. Чи можете ви уявити кабель довжиною 36 000 кілометрів? Це ДУЖЕ БАГАТО кабелю. Це настільки багато, що вам довелося б урівноважувати вагу кабелю великою масою, яку потрібно було б розмістити далі геостаціонарної орбіти – це ще десятки тисяч кілометрів.
Ця система вимагала б натягу матеріалу, що перевищує максимальне значення для самих міцних сталевих тросів. Це могло б працювати тільки з чимось на зразок троса з вуглецевих нанотрубок, якого у нас немає.
Немає матеріалу? Розкрутіть планету
Добре, але що, якщо ми змусимо Землю обертатися вдвічі швидше – 12-годинною добою? У цьому випадку геостаціонарна орбіта досягалася б на меншій відстані. Якщо підрахувати цифри, то відстань до геостаціонарної орбіти складе всього 20 000 кілометрів, або приблизно на 45 відсотків коротше.
Можна фантазувати далі та розкрутити Землю ще більше, щоб геостаціонарна орбіта опинилася на висоті 400 км – МКС опинилася ю на геостаціонарній орбіті.
Це могло б зробити можливим запуск космічного ліфта з сучасними технологіями та матеріалами. Звичайно, тепер у нас буде НАБАГАТО більше короткий день – всього 92 хвилини. Ви можете собі уявити, що день та ніч змінюються кожні 92 хвилини?
За матеріалами: Ретт Аллейн – ад’юнкт-професор фізики в Південно-Східному університеті Луїзіани.
