Чем проект космического лифта Thoth Technology лучше других?

Не так давно был запатентован новый проект космического лифта, который будет достигать 20 километров в высоту и может быть самым рабочим вариантом из всех, что мы видели. Мы знаем, что такое космический лифт, знакомы с этой идеей. Но к реализации такого лифта, с момента предложения идеи в 1895 году Константином Циолковским, мы не приблизились ни на йоту. Возможно, патент надувного лифта, поданный в прошлом месяце Thoth Technology в американское бюро патентов, поможет нам в осуществлении этого.

Для тех, кто незнаком с идеей космического лифта, небольшое объяснение. Ракеты чрезвычайно трудно запускать с лица земли из-за гравитации и сопротивления воздуха. Космический лифт может преодолеть это, если прицепить к тросу транспорт и поднять его таким образом в воздух. Это медленный и более безопасный (нет контролируемых взрывов) способ вывода груза в космос. На бумаге.

В настоящее время есть несколько основных видов концептов космического лифта.

Первоначальная концепция требовала вывода длинного троса в космос, который одним концом крепился к экватору, а другим — к противовесу. Естественное вращение Земли удерживало бы трос натянутым, подобно грузу, подвешенному на нитке, который вы можете сделать самостоятельно. Более поздние концепты включали более жесткую структуру, возможно, из углеродных нанотрубок. Японская корпорация обещает сделать такую к концу 2050 года, возможно, она растянется на четверть пути до Луны.

Имеются также планы, которые включают возведение гигантского здания, которое не особо будет отличаться от того, что мы строим сегодня. Но оно потребует серьезных прорывов в области материаловедения и строительства.

Недавно представленный концепт Thoth менее амбициозный, но использует технологии, которые у нас уже имеются (по крайней мере чтобы построить необходимую структуру). В его основе лежит использование модульных труб из кевлар-полиэтиленовых композитов, заполненных гелием. Такие трубы будут легче и мягче современных строительных материалов, а гелий будет помогать структуре держаться вертикально.

Лифт Thoth может достичь высоты 20 километров, это пока еще атмосфера Земли, но уже достаточно высоко, чтобы существенно облегчить выход космических аппаратов в космос. Построить 20-километровую структуру довольно тяжело. Но возможно, нам и не нужно строить структуру, которая будет выходить аж в космос. Thoth считает, что возможно использовать ракеты, вроде тех, что разрабатывает SpaceX, которые могут приземляться на баржу, обслуживать Международную космическую станцию и другие миссии с платформы наверху лифта. Он мог бы сэкономить топливо и сделать миссии более безопасными, поскольку пониженная гравитация позволит использовать всего одну ступень в ракетах. Компания сравнивает легкость запуска ракет с вершины лифта с запуском 747-х «Боингов».

Конечно, рождается вопрос: что будет, если это 20-километровое здание рухнет? Хороший вопрос. Ответ: будет нехорошо. Безусловно, придется строить его в удаленном месте, но вместе с тем падения может и не быть. Этот тип труб уже используется в космической отрасли и является довольно надежным. В случае коллапса, рухнувшее здание нанесет гораздо меньший ущерб, чем если бы оно строилось с использованием современных строительных материалов.

Согласно оценкам, полностью собранный лифт будет весить 880 000 тонн. Для сравнения: Эмпайр Стейт Билдинг весит 365 000 тонн. Потребуется 45 таких зданий, чтобы сравниться по высоте с космическим лифтом Thoth. И будут они весить в 20 раз тяжелее. Даже подумать страшно, что будет, если космический лифт, растянувшийся как резинка на четверть пути к Луне, треснет по швам, и гравитация принесет его обратно на землю. Или, того хуже, если это здание целиком упадет из космоса. Так что если говорить о строительных материалах, вариант Thoth кажется менее опасным.

Другой вопрос — стоимость. Цель космического лифта — снизить стоимость космических путешествий с 20 000 долларов за килограмм до каких-либо более резонных цифр. Японцы обещают снизить стоимость до 200 долларов. Но если говорить о стоимости строительства такого гигантского здания, вопрос окупаемости выходит на передний план. Я не уверен, сможет ли мировая гелиевая промышленность справиться с гигантским заказом.

Хорошо, допустим, сможет. Текущая рыночная цена гелия составляет 2,5 доллара за литр. Если предположить, что здание будет 20 километров высотой и обладать размерами посадочной баржи SpaceX (той, на которую компания планирует приземлять свои ракеты, возможно, пропорции изменятся), оно будет примерно 100 на 30 метров на вершине. Одного только гелия придется закупить на 14 миллиардов долларов. За эти деньги марсоход «Кьюриосити» слетал бы на Марс и обратно три раза. Даже если сделать большую скидку, придется осуществить слишком много затратных космических миссий, прежде чем такой лифт окупится.

И это не считая расходов на поддержание или ремонт 20-километрового здания в воздухе.

Есть и другая, более приземленная проблема. Космическому лифту нужен земной лифт. Допустим, у вас есть люди и материалы. Но 20 километров — то выше, чем летают коммерческие авиалайнеры, вертолеты и так далее, поэтому все это придется завозить с помощью обычного земного лифта. Или необычного — с какой стороны посмотреть.

Один из самых быстрых лифтов в мире располагается в новом One World Trade Center. Он движется со скоростью 37 км/ч. Это означает, что такому лифту понадобится час, чтобы забраться и спуститься в нашем космическом лифте. Попробуйте перевезти ракетные части общим весом в 450 тонн такими часовыми поездками взад-вперед, а потом собрать все это на высоте 20 километров.

Другими словами, нам потребуются более быстрые и крупные лифты, прежде чем мы начнем строить космический. Также они должны быть достаточно легкими и жесткими, чтобы поднимать вещи на такую высоту, не нагружая систему в целом. Преимущество кабельного лифта в том, что его жесткость вытекает из самого вращения Земли. Жесткость лифта Thoth заложена в самой его структуре и ему придется сражаться с гравитацией.

Никто не говорит, что это не сработает. Просто нам придется решить еще массу проблем. Пока Thoth или кто-то еще не запатентует очень быстрый лифт, который не развалит гелиевую структуру, говорить не о чем. Но идея сама по себе очень крутая и, на мой взгляд, даже более сносная, чем трос из углеродных нанотрубок, протянутый до луны. На текущий момент мы можем делать цепи углеродных нанотрубок длиной до 3 сантиметров. Осталось каких-то 100 000 километров. Я бы перевел это в сантиметры, но у меня не хватит нулей. Что-то порядка 1,4 триллиона.

Короче говоря, обе технологии требуют крупных инженерных прорывов. Это прорывы, в которые стоит безусловно инвестировать, поскольку они пригодятся не только для космических путешествий, но и для других работ на Земле. Возможно, более быстрый лифт приведет к появлению быстрого земного транспорта. Возможно, какой-нибудь Hyperloop от Элона Маска идеально подойдет для перемещения материалов внутри космического лифта. Возможно, новый лифт обновит систему метрополитена в вашем городе. И возможно, прежде чем мы примемся за строительство 20-километрового плавучего лифта, мы научимся быстро возводить легкие, недорогие и устойчивые апартаменты даже в сейсмоопасных зонах.