Как вывести на орбиту целый город? Уж точно не на ракете!
Космические полеты сегодня - дорогое удовольствие. Ракеты, наземная инфраструктура, топливо влетают в копеечку. Если остановиться на ракетном топливе, то самая затратная часть - это вывод ракеты на орбиту Земли: именно на этом коротком участке в несколько сот километров тратится львиная доля горючего. Снизить расходы можно прибегнув к альтернативным способам вывода грузов на орбиту, предлагаю вашему вниманию небольшой обзор на эту тему.
Первое, что приходит в голову - Жюль Верн и его “Из пушки на Луну”. Действительно, самый очевидный способ попасть в космос - выстрелить капсулой с полезным грузом из здоровенной пушки. В реальности была только одна серьезная попытка построить такую пушку, но она, к сожалению, так и не увенчалась успехом. Пушки, способные выстрелить в стратосферу и даже отправить снаряд в суборбитальный полет существуют достаточно давно.
На эту тему есть несколько интересных концептов, например такой:
Строго говоря, это не пушка, а электромагнитная катапульта. Огромный горизонтальный линейный ускоритель разгоняет капсулу с грузом в магнитном поле. При этом, длина её практически не ограничена: основная часть лежит на поверхности земли и лишь в конце плавно уходит вверх под нужным углом. В отличие от классической пушки, в которой снаряд испытывает колоссальные перегрузки на старте, такая катапульта может разгонять капсулу относительно плавно, делая возможным отправку на орбиту хрупких грузов и даже людей.
Следующий популярный вариант - космический лифт. Это сооружение в буквальном смысле представляет собой лифт циклопических размеров, перемещающийся вдоль троса, длиной в сотни километров. нижняя часть надежно крепится на земле, в то время как верхняя фиксируется на крупном астероиде, который вращается вокруг земли. При всей кажущейся неустойчивости подобной системы, в теории она довольно стабильна при соблюдении нескольких условий:
- Длина троса должна быть больше расстояния до геостационарной орбиты, чтобы обеспечить его натяжение за счет центробежной силы (более 35000км)
- Трос должен быть прочнее стали минимум в 100 раз, чтобы избежать разрыва за счет этой самой центробежной силы
Как видите, в обозримом будущем материалы и технологии для такого сооружения вряд-ли появятся. Чаще всего на роль нитей для троса прочат углеродные нанотрубки. Прочность отдельных нанотрубок как раз составляет необходимую сотню гигапаскалей, но сплести из них прочную нить длиной хотя-бы в сантиметр пока не удалось.
Кстати, энергия вывода грузов на орбиту и за ее пределы начиная с определенной высоты будет браться за счет энергии вращения Земли.
Существует еще довольно большое число менее популярных проектов, один из которых нравится мне особенно: Общепланетарное Транспортное Средство (ОТС).
Представьте себе “бублик” толщиной несколько метров, опоясывающий Землю по экватору. В исходном состоянии он просто лежит на опорах. Внутри корпус бублика полый, откаченный до высокого вакуума, в нем располагаются 2 проводящие ленты и обмотка для создания магнитного поля.
В момент старта на одну из лент, выполняющую роль ротора гигантского электродвигателя, подается электрический ток и она приходит в движение в магнитном поле обмотки. Когда скорость ленты достигает первой космической у поверхности Земли, она станет невесомой, а при дальнейшем ускорении начнет подниматься над поверхностью, увлекая за собой корпус “бублика”. В определенный момент необходимо будет задействовать вторую ленту, вращая ее в противоположном направлении, для стабилизации всей системы на орбите.
Спуск на Землю происходит в обратной последовательности, причем кинетическая энергия ОТС перейдет в электричество (работа в режиме генератора), соответственно расход энергии на цикл подъем-спуск будет минимален.
При подъеме ОТС неизбежно будет происходить растяжение его корпуса, однако величина этого растяжения будет невелика. Радиус Земли равен R1=6371км, длина экватора, соответственно 2*pi*R1=40000км. При выходе на околоземную орбиту высотой в 500км, радиус “бублика” составит R2=6871км, его длина 2*pi*R2=43150км или на 7% длиннее. Такое удлинение вполне можно компенсировать телескопическими соединениями деталей корпуса, почти как “гармошки” Икаруса.
По грузоподъемности такому сооружению нет равных даже в теории, а для его изготовления не требуется никаких чудесных материалов и технологий. Другое дело, что его стоимость будет колоссальна, и окупиться оно сможет только в случае грузообмена с орбитой в миллиарды тонн за год. Потребность в этом может возникнуть, только если на орбите появятся целые города.
Вселенная, жизнь, разум - тут.