Космически асансьори

[SAlexandrov]

Космически асансьори: от мечти и фантастика към реалност

Илюстрация на наскоро изстреляния експеримент Stars-ME, който представлява първият асансьор в историята на човешката космонавтика. Image credit : Shuzuoka University

30 септември 2018 г. 15:40 ч.

Светослав Александров. Когато Япония изстреля космическия кораб "Кунотори 7" на 22-ри септември, заедно с него в космоса се отправи любопитен експеримент: Stars-ME. Ако всичко мине наред, в рамките на този експеримент два спътника ще бъдат изведени в околоземна орбита, а между тях ще бъде опънато 10-метрово въже. Малък асансьор ще трябва да се придвижва между единия и другия спътник по въжето. Никога досега подобна концепция не е била изпробвана в космически условия, но по този въпрос японците са сериозни. Например целта на корпорация Обаяши е до 2050-та година да бъде построен огромен асансьор от Земята до намираща се в орбита космическа станция.

Но защо? Защо японците толкова много се интересуват от космически асансьори? 

Идеята за създаване на космически асансьор не е нова. За пръв път през 1895 г. руският учен Константин Циолковски се сеща за това, наблюдавайки Айфеловата кула в Париж. Той смята, че подобна кула може да бъде построена от Земята, като върхът й достигне до височина 35 786 километра. Обектите биха придобивали хоризонтална скорост, докато се придвижват нагоре в кулата и когато бъдат освободени от върха й, скоростта им би била достатъчна, за да останат в геостационарна орбита. 

След това през 1959 година друг руски учен на име Юрий Арцутанов (който днес си е жив и здрав, на 89-годишна възраст) предлага обратна идея: вместо да се строи кула, която да се извисява нагоре към космоса, по-хубаво е да се изпрати в геостационарна орбита един спътник, от който да се пусне въже в посока към Земята. През 1966 г. идеята се обсъжда и от американците, като четирима автори, Айзък, Вайн, Браднър и Бахус, публикуват свой анализ в научното списание Сайънс. А през 1979 година широката общественост силно е заинтригувана от асансьоростроенето в космоса след излизането на романа на големия писател Артър Кларк "Фонтаните на рая". Оттогава насам космическите асансьори периодично се обсъждат във фантастични произведения, в научно-популярните списания и в самите научни журнали. 

През 2015-та година в научното списание New Space се появява статия от Swan и колектив ^[1], озаглавена: (The future: space elevators seem feasible, буквален превод - Бъдещето: космическите асансьори изглеждат осъществими). В нея са представени добри обосновки защо си струва да се стремим към построяването на космически асансьори. На първо място те ще са космическият аналог на трансконтиненталните ЖП линии - по въжета ще могат да бъдат изпращани към космоса тонове полезни товари. Второ: космическите асансьори биха били удобни - няма да има грохот и големи ускорения, каквито съществуват при ракетите. Трето: асансьорите биха били екологично чисти - няма да има никакво замърсяване при експлоатацията им. Не на последно място, космическите асансьори биха били по-безопасни. Всяка една съвременна ракета, независимо дали е американска, руска, японска или каквато и да е друга, има шанс за провал между 1 и 3%. Аварийността на един космически асансьор би била близка до нулата.

Но това, което е най-важното и което авторите подчертават е, че космическите асансьори ще стимулират истинска "треска за злато". Не само експанзията на човечеството в Слънчевата система ще е по-лесна, не само бизнесът ще процъфти. Ще станат възможни и дейности, които към този момент са нереалистични поради високата цена на изстрелване - например, добив на полезни изкопаеми от Луната, Марс и близкоземните астероиди. Днес за достигането на околоземна орбита се изразходва толкова много гориво, че дори на МКС да съществуваше магическа машина, която да може да превръща олово в злато, това пак не би покрило разходите, необходими за доставката на златото на Земята. 

Въпреки очевидните плюсове на космическите асансьори, в продължение на дълги десетилетия песимизмът за построяването им беше преобладаващ, докато оптимистите оставаха единици. Причината за този песимизъм бе много проста: никой не знаеше от какъв материал трябва да бъде създадено носещото въже. Нито един известен на човечеството материал не бе достатъчно здрав - ни стомана, ни Кевлар, нишки на паяжина, нищо не би послужило за изграждането на асансьор в космоса. Но през 1991 година положението рязко се промени с откриването на въглеродните нанотръби. А днес оптимистите стават все повече и повече.

Въглеродните нанотръби представляват молекулярни тръби ^[2], в които въглеродните атоми са подредени по начин, подобен на структурата на геодезичен купол. На теория те са по-здрави от всеки един друг материал с порядък от 40. Една нишка, направена от въглеродни нанотръби с диаметър 3 милиметра, би поела товар от 45 тона. Изведнъж идеята за създаването на асансьор до космоса от такъв материал става реалистична! 

Така изглеждат нещата на теория, но на практика стоят другояче. Основният проблем е, че все още не можем да произвеждаме висококачествени нанотръби. През 2016 г. научна статия от Zhu и колектив, озаглавена The Great Reduction of a Carbon Nanotube’s Mechanical Performance by a Few Topological Defects ^[3], разкрива, че въпреки очакванията за създаването на материал с якост на опън до 50GPa, създадените към този момент нанотръби имат якост на опън само няколко GPa. Учените откриват, че съвсем малък дефект в синтезата (т.е. ако само един атом не е на правилното място) води до редукцията на издръжливостта на нанотръбите в пъти. Това нанася сериозен удар върху оптимистичните сценарии за строеж на асансьор в космоса. Понастоящем хората се мъчат да създадат издръжливи нанотръби едва от няколко метра, но за космически асансьор ще ни трябва въже с дължина хиляди километри!  

Сред крайните скептици на космическите асансьори не е кой да е друг, а самият Илон Мъск. През 2015-та година той написа следното в Туитър ^[4]: "Въобще не ме питайте за космически асансьори до момента, в който някой не построи структура от нанотръби, която е по-дълга от пешеходен мост".

Това не спира японците да се мъчат да създадат космически асансьори. Макар че Йоджи Ишикава, който е един от ръководителите на проекта Обаяши, признава, че "сега не можем да направим достатъчно дълъг кабел" от въглеродни нанотръби, той смята, че "до 2030 година вероятно ще успеем да го постигнем".

Засега човечеството предприема само най-началните стъпки от тази инициатива. Експериментът Stars-ME, който беше вече доставен на "Международната космическа станция" и скоро ще бъде пуснат в космоса, ще ознаменува първият опит да се свържат два изкуствени спътника с помощта на космически асансьор.

Що се касае до бъдещето, ние трудно можем да го прогнозираме. Не е и редно да опитваме - никой досега не е успял да предвиди с точност напредъка на космонавтиката. Възможно е Илон Мъск и скептиците да се окажат прави. Тогава ракетите ще си останат ненадминат начин за достигане на космоса. 

Но току виж пък хората, стоящи зад Обаяши, излезли прави. Тогава кой знае, бъдещето на Артър Кларк може и да стане реалност. 

http://www.cosmos.1.bg/portal/2014-10-24-20-54-26/2382-2018-space-elevators