Космический лифт должен сделать путешествие в космос таким же простым, как поездка на обычном лифте многоэтажки. Но построить такой лифт мешает фундаментальная проблема отсутствия достаточно прочных материалов для Каната такого лифта. Проблема с созданием материалов достаточной прочности такова, что некоторые предлагают ускорить планету, чтобы снизить требования к материалу каната космического лифта.
Как невесомость в космосе связана с космическим лифтом
Если вы видели трансляции с Международной космической станции, вы могли заметить, что астронавты плавают в воздухе. В космосе не удастся ходить так, как вы это делаете на Земле, и причиной этого является скорость полета космического корабля и людей в нем.
Сила гравитации Земли в космосе никуда не исчезает, тела притягиваются планетой. Но спутники движутся настолько быстро, что несмотря на постоянное движение в сторону планеты, чтобы упасть на нее, космические корабли не успевают упасть и пролетают мимо планеты.
То есть это почти вечное падение, в котором сила тяжести компенсируется движением навстречу этой силе. Компенсация неполная, поэтому более правильно говорить о микрогравитации в космосе – полной невесомости не существует. Скорость, обеспечивающая такое вечное падение околоземья, называется первой космической.
Космические станции и спутники могут позволить себе летать всего в нескольких сотнях километров над поверхностью планеты, поскольку они никоим образом не связаны с поверхностью планеты. Для вас это выглядит как звезда, движущаяся по небу.
Однако космический лифт должен быть закреплен в одной точке на поверхности нашей планеты. Для этого лифт должен двигаться вокруг нашей планеты с той же скоростью, с которой планета вращается вокруг своей оси. Если Международная космическая станция (МКС), летающая на высоте 400 км снизит свою скорость, чтобы превратиться из движущейся звезды в неподвижную, она упадет на планету. МКС облетает вокруг планеты каждые 92 минуты.
Что ж, эту проблему можно решить. Переместите космическую станцию на расстояние 36 000 километров вместо 400 километров. В этом случае МКС угловая скорость МКС будет такой же, как скорость вращения Земли. Для наблюдателя с поверхности Земли, МКС зависнет неподвижно в небе, потому что ей нужно 24 часа на вращение, которые и планете. Мы называем это геостационарной орбитой, но она должна проходить прямо над экватором, чтобы вращение было таким же.
Нет материала, который выдержит 36 000 км
Объект, находящийся на геостационарной орбите, вы могли бы кабелем связать с поверхностью Земли. Бум — вот и ваш космический лифт.
Но подождите! Есть непреодолимая проблема. Можете ли вы представить себе кабель длиной 36 000 километров? Это много кабеля. Это настолько много, что вам пришлось бы уравновесить вес кабеля большой массой, которую нужно было бы разместить дальше геостационарной орбиты – это еще десятки тысяч километров.
Эта система потребует натяжения материала, превышающего максимальное значение для самых прочных стальных тросов. Это могло бы работать только с чем-то вроде троса из углеродных нанотрубок, которого у нас нет.
Нет материала? Раскрутите планету
Хорошо, но что, если мы заставим Землю вращаться вдвое быстрее – 12-часовыми сутками? В этом случае геостационарная орбита будет достигнута на меньшем расстоянии. Если подсчитать цифры, то расстояние до геостационарной орбиты составит всего 20 000 километров, или примерно на 45 процентов короче.
Можно фантазировать дальше и раскрутить Землю еще больше, чтобы геостационарная орбита оказалась на высоте 400 км – МКС оказалась ю на геостационарной орбите.
Это могло бы сделать возможным запуск космического лифта с использованием современных технологий и материалов. Конечно, теперь у нас будет гораздо больше короткий день – всего 92 минуты. Можете ли вы представить, что день и ночь меняются каждые 92 минуты?
По материалам: Ретт Аллейн — адъюнкт-профессор физики в Юго-Восточном Университете Луизианы.
