Строительство космического лифта

Идея космического лифта будоражит умы человечества уже многие годы, с момента, когда в 1895 году русский ученый Константин Циолковский первым сформулировал понятие и концепцию. Вдохновленный недавно построенной Эйфелевой башней, он описал отдельно стоящее сооружение уходящее от уровня земли до геостационарной орбиты. Возвышаясь на 36 000 км над экватором и следуя в направлении вращения Земли в конечной точке с орбитальным периодом ровно в один день эта конструкция сохранялась бы в фиксированном положении.

Ряд более подробных предложений появлялись в середине и конце 20-го века, с момента старта космической гонки, и в то время, когда пилотируемые полёты на орбиту Земли становились все более и более обыденными событиями. Возлагались надежды, что космический лифт мог бы резко сократить затраты выхода на орбиту Земли, сделав революцию в доступе к околоземному космическому пространству, к Луне, Марсу и даже далее. Однако стартовые инвестиции и уровень необходимых технологий ясно давали понять, что такой проект нецелесообразен и отводили ему место в области научной фантастики.

В первые десятилетия 21-го века, к концепции стали подходить более серьезно, так как уже тогда были достигнуты технологии по созданию материалов из углеродных нанотрубок. Это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров, которые можно «сплетать» в нити неограниченной длины; материал с достаточно высокой прочностью и достаточно низкой плотностью для создания кабеля космического лифта. Однако, в начале 21 века они могли быть произведены только в крайне малых масштабах. В 2004 году рекордная длина одностенных нанотрубок составила всего 4 см. Эта технология весьма перспективна, и были необходимы дальнейшие исследования для совершенствования производственного процесса.

Понадобилось несколько десятилетий исследований для разработок новых процессов синтеза углеродных нанотрубок. Подобное открытие произошло ориентировочно в 2040-х годах и совершило революцию в области машиностроения и строительства. С возможностью «сплетать» длинные нанотрубки, человечество получило материалы с максимальной прочностью, в сотни раз прочнее стали. Кроме многих других сфер применения, становится доступной технология сооружения космического лифта. Требуемая прочность в 130 ГПа (гигапаскалей) достигнута, но проблемы проектирования оставались – как нейтрализовать опасные вибрации в кабеле, вызванные гравитационным притяжением от Луны и Солнца, наряду с давлением, возникающими порывами солнечного ветра.

Основные правовые и финансовые трудности также должны были быть преодолены. Требовались международные соглашения по безопасности полетов, авиационной безопасности и предоставления компенсации в случае несчастного случая или террористических инцидентов. Работа страхового механизма вызывает особую обеспокоенность, учитывая потенциал масштабов катастрофы, если что-то пойдёт не так. В промежуточный период, были построены меньшие по размеру экспериментальные сооружения, демонстрирующие основные концепции на более низких высотах. В конечном итоге это проложило дорогу к значительно более крупным конструкциям, нежели современные постройки начала 21 века.

В конце 2070х, после 15 лет активного строительства, космический лифт, простирающийся от поверхности Земли до геостационарной орбиты стал полностью работоспособным. Строительный процесс включал в себя размещение космических аппаратов в фиксированном положении на 35,786 км над экватором, с отведённым постепенно расширяющийся вниз к Земле тросом. Также трос проложен вверх от этой точки – более чем на 47 000 км, где объекты могут избежать силы притяжения Земли. На внешнем конце расположен большой противовес, чтобы держать трос натянутым. Французская Гвиана, Центральная Африка, Шри-Ланка и Индонезия – места, которые наиболее пригодны в качестве наземной точки отправления.

Как и в большинстве видов транспорта и инфраструктуры конца 21-го века, космический лифт управляется системами и программами на базе искусственного интеллекта, которые постоянно комплексно следят и поддерживают структуру. В случае необходимости, роботы могут быть направлены на исправление проблем в кабельной сети или других компонентах лифта на всём протяжении от уровня земли до холодного вакуума в космосе. Системы редко используются в полную силу, однако, это самые эффективные механизмы обеспечения безопасности в конструкции.

Благодаря космическому лифту человечество начнёт переживать новый крупный космический бум, так как люди и груз могут быть доставлены на орбиту со значительно более низкими затратами по сравнению с традиционными запусками ракет-носителей. Более 1000 тонн материала могут быть подняты с помощью лифта за один день, это больше чем вес Международной Космической Станции, для строительства которой потребовалось более десяти лет в начале века.

Хотя и подъём занимает довольно много времени по сравнению с ракетами, он происходит намного плавнее, без высоких перегрузок и без использования взрывчатых веществ. При выходе из атмосферы и достижения низкой околоземной орбиты, между 160 и 2000 км, груз или пассажиры могут переключиться на собственную орбиту вокруг Земли. Кроме того, они могут выйти из геосинхронной орбиты, двигаясь на достаточной скорости, чтобы уйти от притяжения Земли и продолжить путешествие дальше, в более удаленные места, например к Луне или Марсу.

В последующие десятилетия дополнительные космические лифты станут функционировать за пределами Земли: на Луне, Марсе и других уголках Солнечной системы, с развитием технологий стоимость нанотрубок будет снижаться вместе с техническими рисками. Более того, строительство будет более удобным, благодаря низкой гравитации: 0,16 g на Луне и 0,38 g на Марсе.