Полдень XXI век 2009 № 05
Шрифт:
Не знаю, как вам, а мне очень не хотелось бы, чтобы неизбежное крушение веры в возможность быстрого космического прорыва привела к глобальному разочарованию человечества в космонавтике (а между прочим, тенденция уже налицо), а потому попытаюсь здесь и сейчас показать, что со времен Вавилонской башни на этом фронте ничего не изменилось — «космическая канатная дорога» остается всего лишь красивой сказкой, в которую не нужно верить взрослым и ответственным людям.
Итак, массовый интерес к идее космического лифта возник в 1979 году после публикации романа «Фонтаны рая» («The Fountains of Paradise»). Его автор, знаменитый фантаст Артур Кларк, использовал статью четырех американских океанографов, опубликованную в журнале «Наука» («Science») 11 февраля 1966 года и озаглавленную «Небесный крюк».
Артур Кларк работал над романом десять лет (совершенно невероятный срок по нынешним меркам!) и по ходу обдумывал конструкцию космического лифта. Хотя Арцутанов разрешил проблему обеспечения прочности каната еще в 1960 году, фантаст об этом ничего не знал и отыскал выход из затруднительного положения в работе американца Джерома Пирсона, который в 1975 году «переоткрыл» идею космического лифта, доказав, что тот технически осуществим, если сделать канат не с одинаковым по всей длине, а с переменным сечением: тончайшим у Земли и наиболее толстым — на геостационарной орбите. Кроме того, необходим противовес, который будет придавать лифту устойчивость — противовесом может служить либо еще один такой же канат, протянутый в сторону Луны, либо массивный астероид, пригнанный на околоземную орбиту.
Именно в таком виде космический лифт и описан в романе «Фонтаны рая». При этом, когда Кларк узнал о статье Арцутано-ва, он охотно признал его приоритет, и с этого момента популярнейший фантаст и простой ленинградский инженер стали хорошими друзьями.
Какое же обоснование дает Артур Кларк необходимости постройки столь сложного и циклопического сооружения? А вот какое:
«Космическая эра длится свыше двух веков. Вторую половину этого срока наша цивилизация всецело зависит от искусственных спутников. Глобальная связь, метеослужба, использование земных и океанских ресурсов, служба почты и информации — если что-нибудь случится с космическими системами, мы вновь погрузимся во тьму невежества. Возникнет хаос, и большая часть человечества погибнет от голода и болезней. Заглядывая за пределы Земли, мы видим автономные колонии на Луне, Меркурии и Марсе, а также неисчислимые богатства, добываемые из недр астероидов. Однако, хотя ракеты стали сейчас наиболее надежным транспортным средством из всех, какие когда-либо были изобретены, <…> они все еще малоэкономичны. Хуже того, их воздействие на природу чудовищно. Несмотря на все попытки контролировать коридоры входа и выхода, шум при взлете и посадке досаждает миллионам людей. Продукты выхлопа, накапливающиеся в верхних слоях атмосферы, уже привели к климатическим изменениям. <…> Экстраполяция роста перевозок на конец века показывает, что грузооборот на трассе Земля — орбита увеличится почти в полтора раза. Однако эксплуатационные характеристики ракет близки к абсолютному пределу, обусловленному законами физики».
Таким образом, космический лифт, построенный на экваторе (а только там его и можно построить), должен раз и навсегда заменить ракеты, обеспечив бесперебойное функционирование околоземной инфраструктуры и межпланетную навигацию.
Но возникает новый вопрос: насколько это будет выгодно с экономической точки зрения? Необходимо просчитать риски, ведь может оказаться, что постройка лифта и его эксплуатация окажутся дороже, чем запуск необходимого груза с использованием классических ракет на жидком топливе.
К вопросам экономики Артур Кларк отнесся довольно легкомысленно. Мы не найдем в его романе столь же точных цифр по этому поводу, как, скажем, по поводу протяженности «небесного каната». Например, он ничтоже сумняшеся утверждает, что «стоимость перевозки одного пассажира не превысит нескольких долларов», а сами затраты на постройку лифта
Оперировать подобными оценками не представляется возможным, поскольку они словно бы взяты из рекламного проспекта, а реклама источником достоверной информации не является.
Тем не менее «Фонтаны рая» полюбились миллионам читателей, в глазах которых космический лифт стал проектом, который осуществят если не сегодня, то уж завтра точно.
Когда выяснилось, что приоритет в изобретении лифта принадлежит ленинградскому инженеру, в Советском Союзе принялись активно обсуждать его концепцию. Специальные и популярные статьи посыпались, как из рога изобилия, а художники изощрялись в изображении колоссальной тросовой системы, соединяющей Землю с космосом. Однако не имеет смысла перечислять здесь все проекты и фамилии их авторов хотя бы потому, что в СССР не было ни одной площадки, откуда можно было бы протянуть к небу подобный лифт, а если бы такой проект когда-нибудь и был принят к реализации, то никто не допустил бы находящуюся в изоляции державу к постройке стратегически значимого сооружения. Можно еще вспомнить, как коммунистическое руководство с гордостью отказалось от многочисленных предложений американцев вместе слетать на Луну, — исторический опыт подсказывает, что вряд ли хоть один влиятельный советский конструктор появился бы на гипотетической «стройке века» — ну разве что Арцутанова отправили бы…
В итоге по-настоящему серьезного проекта космического лифта (технически и экономически обоснованного) за двадцать лет обсуждения так и не появилось. Лишь в начале XXI века агентство НАСА объявило конкурс на разработку общей концепции тросовой космической системы, и вот тут выявились малоприятные детали.
В 2000 году доктор Брэд Эдвардс выпустил отчет, в котором излагались результаты предварительных исследований по проекту космического лифта. Поначалу данные Эдвардса внушали оптимизм. Американец показал, что кларковский «псевдоодномерный алмазный кристалл» фактически уже создан, и это — так называемые однослойные углеродные нанотрубки, по своей прочности на два порядка превышающие лучшие марки стали.
Расчеты, вроде бы, подтверждали главное — теоретически нанотрубки дают как минимум трехкратный запас по прочности. Но это теоретически. Вот несколько цифр: необходимая прочность на разрыв для одной миллиметровой нити космического лифта должна быть не ниже 65 гигапаскалей (что соответствует грузу в 65 тонн), а лучшие нанотрубки, создаваемые сегодня, обеспечивают 52 гигапаскаля — тоже неплохо, но явно недостаточно. Чрезвычайно высока и стоимость нанотрубок — грамм стоит 25 долларов, а на один трос для лифта, по прикидочной оценке, понадобится 20 миллионов граммов. Терпимо, но сколько придется натянуть таких тросов, никто сегодня точно не знает и сказать не может.
Очень разнятся и оценки стоимости возведения лифта. Например, вышеупомянутый доктор Эдвардс полагает, что постройка обойдется в сумму от 20 до 40 миллиардов долларов, при этом первая лента будет стоить 6,2 миллиарда. А в японской Ассоциации космического лифта просят всего-то 10 миллиардов. И снова, вроде бы, оценки внушают оптимизм — цена выглядит умеренной, сопоставимой с ценой разработки нового космического корабля, а результат будет налицо: ожидается, что использование лифта снизит расходы на космические запуски на два порядка и за счет этого он быстро окупится.
Первую ложку дегтя в необъятную бочку с медом подбросил итальянский адъюнкт-профессор Никола Пуньо из Политехнического института Турина, который в своей недавней работе показал, что если одна нанотрубка потеряет всего один атом углерода, она потеряет в прочности тридцать процентов! Причем это касается не только тех трубок, которые уже созданы, но и тех, которые еще только предполагается создать.
Дальше — больше. Вспомнили о том, что Землю окружают радиационные пояса и наибольшую толщину они имеют аккурат в экваториальной зоне (на высотах от одной до двадцати тысяч километров), а значит, кабина лифта будет проходить через них, и пассажиры подвергнутся воздействию проникающей радиации — следовательно, кабину придется снабжать мощной защитой, что заметно утяжелит лифт.