В новом выпуске проекта StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его постоянный соведущий Чак Найс обсуждают одну из самых амбициозных инженерных концепций будущего — космический лифт. Участники разбираются, сможет ли эта технология заменить ракеты, какие материалы способны выдержать колоссальные нагрузки и почему путешествие на таком лифте может оказаться утомительно долгим.
🚀 Альтернатива ракетам: зачем нам нужен лифт в космос? 0:00
Основная мотивация поиска альтернативных способов доставки грузов на орбиту заключается в сложности и опасности традиционных ракет . Нил Деграсс Тайсон отмечает, что «ракетостроение — это трудно», и напоминает о регулярных инцидентах на пусковых площадках . Чак Найс иронично замечает, что об успехах и неудачах в этой сфере можно «просто спросить Илона» (имея в виду компанию SpaceX), хотя позже в шутку извиняется за эту ремарку .
Идея космического лифта базируется на концепции геостационарной орбиты. Тайсон объясняет физику процесса:
- При подъеме над Землей время, необходимое для совершения полного оборота вокруг планеты, увеличивается .
- На определенной высоте (около 22 236 миль или примерно 36 000 км) это время составляет ровно 24 часа .
- В этой точке объект фактически «зависает» над одной и той же областью земной поверхности .
Если объект неподвижен относительно земли, возникает логичный вопрос: почему бы не построить к нему лестницу или лифт? . Это потенциально более дешевый и простой способ достижения геостационарной орбиты по сравнению с энергозатратными ракетными пусками .
🏗️ Инженерный вызов: от лестницы до углеродных нанотрубок 1:42
Чтобы наглядно продемонстрировать масштаб задачи, Нил Деграсс Тайсон использует глобус. Если Земля будет размером с обычный глобус, то Международная космическая станция (МКС) окажется всего в одном сантиметре (или 0,4 дюйма) от поверхности . В то же время геостационарная орбита находится значительно дальше — на расстоянии около 23 000 миль . Учитывая, что радиус Земли составляет 4 000 миль, лифт должен растянуться на расстояние, почти в шесть раз превышающее земной радиус .
Главная техническая проблема — вес самой конструкции. Трос длиной 23 000 миль должен удерживать собственную массу, свисая в пространстве .
- Сталь: По словам Тайсона, сталь абсолютно не подходит для этой задачи. Она прочна, но слишком тяжела: трос из стали оборвется под собственным весом задолго до достижения нужной высоты .
- Углеродные нанотрубки: Единственный материал, обладающий необходимым соотношением прочности и веса, — это углеродные наноструктуры .
Тайсон рассказывает о молекуле C60 (фуллерен), состоящей из 60 атомов углерода, расположенных в вершинах сферы, похожей на футбольный мяч . За открытие этой формы углерода была присуждена Нобелевская премия . Если «разрезать» такую структуру и удлинить её, получаются углеродные нанотрубки — материал невероятно легкий и гораздо более прочный, чем сталь .
Однако ученый подчеркивает, что технология производства всё еще находится в зачаточном состоянии. Последний раз, когда Тайсон проверял данные, самая длинная созданная нанотрубка составляла всего около одного сантиметра . Для реализации проекта лифта необходим процесс, позволяющий нанотрубкам «сшиваться» или расти самостоятельно до огромных масштабов .
⛽ Экономика и физика: ракетное уравнение против троса 3:15
Тайсон скептически относится к актуальности космического лифта сегодня, поскольку стоимость ракетных запусков стремительно снижается . Однако он признает ценность лифта в качестве космического порта (spaceport) .
Согласно «ракетному уравнению», большая часть массы ракеты — это топливо .
- Энергия, необходимая для выхода на околоземную орбиту, составляет половину всей энергии, требующейся для путешествия в любую другую точку Солнечной системы .
- Ракете нужно топливо не только для разгона, но и для того, чтобы поднять то топливо, которое понадобится позже .
- Именно поэтому полезная нагрузка и астронавты находятся в самой верхней части огромной конструкции, остальное — это гигантские баки .
Космический лифт мог бы решить эту проблему, доставляя грузы на платформу без сжигания колоссального количества горючего . Чтобы конструкция оставалась стабильной, ей необходим противовес с другой стороны платформы. Вся система должна вращаться синхронно с Землей (один оборот в 24 часа), что сделало бы такой лифт настоящим чудом инженерной мысли .
🕙 10 дней в пути: почему лифт — это медленно 7:56
Чак Найс и Нил Деграсс Тайсон обсуждают практическую сторону поездки в таком лифте. Если представить невероятно быстрый лифт, движущийся со скоростью 100 миль в час (около 160 км/ч), путь до геостационарной орбиты составит 230 часов .
- Это означает 10 полных суток непрерывного подъема в кабине лифта .
- Даже при удвоении скорости до 200 миль в час путешествие займет 5 дней .
В ответ на это Чак Найс в шутку предложил «гениальное» решение: установить в кабину лифта ракету, чтобы добраться быстрее . Тайсон резюмирует, что ракеты в обозримом будущем останутся более эффективным и быстрым способом доступа в космос, несмотря на заманчивость идеи лифта .
