Почему мы до сих пор летаем в космос на ракетах, хотя можем обойтись без них?

TJНаука

В космос без ракет: лифт, петля, трамвай и крюк — на чём ещё можно добраться до орбиты и других планет

И почему мы до сих пор летаем на ракетах.

Никита Логинов

1280
Примерный вид космического лифта. Изображение NBC

Ракеты-носители остаются единственным способом доставки людей и грузов в космос с самого начала космической эры в 1957 году. Но у этого способа есть и минусы: например, из-за перегрузок при взлёте для полётов в космос требуется особая подготовка — выдержать их может не каждый.

Ракетные запуски до сих пор обходятся дорого и проводить их могут далеко не все страны и лишь отдельные частные компании. Цены на запуск килограмма груза на орбиту доходят до 20 тысяч долларов, часть ракет до сих пор используют токсичное топливо, которое загрязняет окружающую среду, а отработавшие ступени могут упасть на населённые пункты.

Поэтому инженеры и учёные издавна пытались найти альтернативные способы запуска людей и грузов в космос — и придумали множество вариантов, от самых фантастичных до относительно реалистичных.

Учёные и инженеры уже многие десятилетия пытаются найти альтернативу ракетам, чтобы избавиться от их недостатков. TJ рассказывает, как ещё можно добраться до космоса — от наиболее фантастичных идей до реально существующих прототипов.

Лифт высотой сто тысяч километров

Увидев Эйфелеву башню в 1895 году, русский учёный Константин Циолковский предположил: что если построить башню высотой десятки тысяч километров и с её помощью поднимать людей и грузы в космос? Так родилась концепция космического лифта — возможно, самого грандиозного и самого спорного сооружения для безракетного запуска.

1280
Примерный вид космического лифта. Изображение NASA

Со временем башня в расчётах инженеров превратилась в трос, натянутый между Землёй на экваторе и массивной станцией на высоте более 36 тысяч километров (выше геостационарной орбиты). Вращаясь вокруг своей оси, планета будет крутить трос со станцией на конце и натягивать его за счёт центробежной силы. С земли это будет выглядеть как вертикально стоящая трубка, уходящая далеко в небо.

1280
Схема космического лифта. Изображение Wikimedia

По тросу можно пустить платформу, которая будет неторопливо подниматься вверх, как в настоящем лифте — например, с помощью электромагнитных двигателей, как в поездах на магнитной подвеске (маглевах). Когда платформа достигнет геостационарной орбиты — центробежная сила сравняется с притяжением Земли, так что груз сможет выйти на орбиту без дополнительных затрат энергии, только за счёт инерции.

Выше геостационарной орбиты центробежная сила начнёт доминировать над притяжением Земли, так что платформу с грузом даже не нужно будет толкать двигателями — она сама будет подниматься всё выше и выше, разгоняясь за счёт вращения планеты. В современных проектах космический лифт имеет высоту 100-144 тысячи километров, по такому тросу можно будет запускать грузы к поясу астероидов и даже к Юпитеру без дополнительного ускорения.

Космический лифт сможет поднимать в космос около 18 тонн за раз по цене не более 220 долларов за каждый килограмм груза, не производя вредных выбросов от сжигания топлива. На возведение космического лифта нужно будет потратить миллиарды долларов (скорее, десятки миллиардов), что не выглядит неподъёмной суммой для космических держав. Идею космического лифта на данный момент хоронит не экономика, а масса инженерных проблем.

Почему космический лифт вряд ли построят в обозримом будущем

Чтобы выдержать натяжение центробежной силой, тросу космического лифта нужно быть одновременно очень лёгким и очень прочным — в 120 раз прочнее стали. Теоретически, самый подходящий материал — это углеродные нанотрубки из графена. Пока их не умеют делать длинее 18-20 сантиметров, а прочность трубок оказывается лишь в 50-60 раз выше стали. Если же сплести их как верёвку, то они станут не прочнее, а слабее.

Отдел исследований и разработок Google X изучал космический лифт в 2014 году, но быстро оставил эту затею из-за проблем с производством углеродных нанотрубок нужных размеров и прочности.

Непонятно, как строить космический лифт — то ли делать прямо в космосе и спускать оттуда на Землю, то ли делать на Земле и поднимать в космос. В обоих случаях придётся учитывать массу факторов вроде ветра, инерции троса и самой Земли. Придать лифту строго вертикальное положение и при этом не порвать его — крайне сложная задача, которая требует очень высокой точности и согласованности движений.

Сооружение высотой в десятки тысяч километров станет мишенью для космического мусора и метеоритов — любая встреча с ними грозит космическому лифту разрушением. Даже графеновые нанотрубки не устоят перед ударом камушка или болтика на скорости почти восемь километров в секунду. Ниже линии космоса угроз не меньше: бури, ураганы, мощные воздушные потоки на больших высотах.

1280
Возможный облик космического лифта. Кадр из фильма «К звёздам»

Даже если исключить все внешние факторы, останутся внутренние — например, собственные колебания троса космического лифта. Ведь, по сути, это огромная натянутая струна. Колебания нужно будет как-то гасить, особенно при движении платформ по лифту, иначе трос быстро порвётся.

Наконец, космический лифт плохо подходит для запуска людей в космос. С одной стороны, платформа будет двигаться без перегрузок, с постоянной скоростью, что очень удобно для людей. С другой стороны, до геостационарной орбиты она будет добираться около пяти суток — это не только неудобно, но и опасно из-за радиации в поясах Ван Аллена на высоте 4000 и 17000 километров. Придётся ставить мощные защитные экраны, которые неизбежно утяжелят платформу.

Фонтаны и петли

Посчитав космический лифт слишком фантастичным для воплощения, некоторые исследователи предложили более приземлённые варианты. Например, космический фонтан — он имеет высоту всего 20-25 километров и не требует особых материалов, его теоретически можно построить из того, что уже есть.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Доказано, что псилоцибин значительно ускоряет рост клеток мозга Доказано, что псилоцибин значительно ускоряет рост клеток мозга

Как псилоцибин влияет на нейронную пластичность в мозге млекопитающих

Популярная механика
Волки впервые за 70 лет вернулись в Колорадо Волки впервые за 70 лет вернулись в Колорадо

Волк и волчица, завезенные в штат Колорадо в прошлом году, стали родителями

National Geographic
Нечто производит и уничтожает метан в атмосфере Марса. Никто не знает, как Нечто производит и уничтожает метан в атмосфере Марса. Никто не знает, как

Ученые приблизились к разгадке тайны Марса, но вопросов еще очень много

National Geographic
Одна вокруг света: забастовка на дороге и самое толстое дерево в мире Одна вокруг света: забастовка на дороге и самое толстое дерево в мире

123-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко, Мексика

Forbes
Астрономы нашли экзопланеты для наблюдений транзитов Земли по Солнцу Астрономы нашли экзопланеты для наблюдений транзитов Земли по Солнцу

Ученые нашли звездные системы, в которых можно увидеть транзит Земли по Солнцу

N+1
Взгляд изнутри: 5 книг для тех, кто готов посмотреть на мировую историю без розовых очков Взгляд изнутри: 5 книг для тех, кто готов посмотреть на мировую историю без розовых очков

Книги, которые помогут трезво посмотреть на исторические события

Популярная механика
Интервью с главным продюсером Интервью с главным продюсером

Главный продюсер “Амедиа Продакшн”: конкуренция заставляет индустрию шевелиться

Esquire
Самолеты над стадионом. Писатель Дмитрий Данилов — о сумерках в Красково Самолеты над стадионом. Писатель Дмитрий Данилов — о сумерках в Красково

Дмитрий Данилов — о самом долгожданном моменте лета

РБК
От танков до покемонов: топ-10 лучших бесплатных игр на Android От танков до покемонов: топ-10 лучших бесплатных игр на Android

Отличные варианты бесплатных мобильных развлечений

CHIP
Никаких спящих ослов в ванной! 11 самых странных из реальных законов со всего мира Никаких спящих ослов в ванной! 11 самых странных из реальных законов со всего мира

Эти законы звучат как фейки, но за их нарушение могут наказать

Playboy
Королевские истории: 5 самых интересных кинокартин о британских монархах Королевские истории: 5 самых интересных кинокартин о британских монархах

Киноистории предшественников Елизаветы II

Cosmopolitan
Ботокс для волос: как делать и что нужно знать перед процедурой Ботокс для волос: как делать и что нужно знать перед процедурой

Ботокс для волос: механизм работы, польза, риски и альтернативы процедуре

РБК
Мифы о зубах: наивная чушь и страшная правда Мифы о зубах: наивная чушь и страшная правда

Ты удивишься, как мало мы знаем об этих забавных штуках у нас во рту

Maxim
Эволюция еды: история человечества, разложенная по тарелкам Эволюция еды: история человечества, разложенная по тарелкам

Как человек менялся вместе со своим рационом

Вокруг света
10 самых интересных фактов про Луну 10 самых интересных фактов про Луну

Самые интересные факты о Луне

Популярная механика
Нашествие саранчи: еще одно последствие изменения климата Нашествие саранчи: еще одно последствие изменения климата

Прожорливым насекомым жара и отсутствие влаги не помеха

National Geographic
Премиум для всех. Тест-драйв Chery Tiggo 8 Pro Премиум для всех. Тест-драйв Chery Tiggo 8 Pro

Chery Tiggo 8 Pro — флагманский китайский кроссовер

СНОБ
Покрас Лампас – о перспективах NFT, любимых художниках и ценности времени Покрас Лампас – о перспективах NFT, любимых художниках и ценности времени

Покрас собирается перевести в NFT целый манифест каллиграфутуризма

GQ
Мышонок Толстого: большие творцы и маленькие твореньица Мышонок Толстого: большие творцы и маленькие твореньица

Hассказываем о маленьких замыслах других великих мастеров в семи номинациях

Arzamas
Как понять, что другой не стоит вашего времени Как понять, что другой не стоит вашего времени

Признаки людей, в отношения с которыми не стоит ввязываться

Psychologies
Бомбоане и кодруле: Марина Степнова о жизни в Кишиневе. Рассказ из сборника «Без очереди» Бомбоане и кодруле: Марина Степнова о жизни в Кишиневе. Рассказ из сборника «Без очереди»

Отрывок из рассказа Марины Степновой — о том, как в детстве она попала в Кишинев

СНОБ
После обрушения 12-этажного здания в Майами пропала пожилая пара. С их домашнего телефона продолжают поступать звонки После обрушения 12-этажного здания в Майами пропала пожилая пара. С их домашнего телефона продолжают поступать звонки

Как поступают звонки из разрушенного дома

TJ
60 важных вопросов, которые помогут лучше узнать себя, друзей и близких 60 важных вопросов, которые помогут лучше узнать себя, друзей и близких

Как лучше понять себя и своих близких?

Psychologies
Детский сад: 10 невозможно милых детенышей Детский сад: 10 невозможно милых детенышей

Все младенцы милые и забавные. Только некоторые растут очень быстро

Вокруг света
Исследование: 4 способа вырастить успешного ребенка Исследование: 4 способа вырастить успешного ребенка

Как матери могут помочь ребенку в успешном развитии

Inc.
Наука и жизнь Наука и жизнь

Как МФТИ стал настоящей кузницей кадров для российского бизнеса

Forbes
Саранча на обед, долгоносики на ужин: где, как и зачем готовят и едят насекомых Саранча на обед, долгоносики на ужин: где, как и зачем готовят и едят насекомых

Насекомые на вашей тарелке

Вокруг света
Тюленья школа: биологи узнали, чему взрослые тюлени учат своих детенышей Тюленья школа: биологи узнали, чему взрослые тюлени учат своих детенышей

Тюлень Уэдделла – один из самых необычных представителей ластоногих

National Geographic
Билл Гейтс: как нам адаптироваться к потеплению Билл Гейтс: как нам адаптироваться к потеплению

Отрывок из книги Билла Гейтса «Как нам избежать климатической катастрофы»

Inc.
Пушка-призрак, в которую не верила ни одна разведка Пушка-призрак, в которую не верила ни одна разведка

«Дора» — самая большая и самая мощная пушка за всю историю человечества

Популярная механика
Открыть в приложении