Небесный крюк и Луна на «космическом поводке»

В своем знаменитом произведении Кларк использовал статью «Небесный крюк» из авторитетного журнала «Science» от 11 февраля 1966 года. Ее представила группа американских океанографов, доказавших полную нереальность конструкции космического лифта при существующих материалах. Кларк легко обошел эту трудность, предположив, что через два столетия космической эры на орбитальных заводах начнется промышленное производство неких мономолекулярных нитей. Эти нити будут напоминать структуру «псевдоодномерных алмазных кристаллов», практически невесомых и «прочнее всего на свете». Сплетенные из этих нитей канаты и должны поддерживать «небесный лифт Кларка».

Сам писатель так обосновывал создание столь колоссального астросооружения:

Космическая эра длится свыше двух веков. Вторую половину этого срока наша цивилизация всецело зависит от искусственных спутников. Глобальная связь, метеослужба, использование земных и океанских ресурсов, служба почты и информации – если что-нибудь случится с космическими системами, мы вновь погрузимся во тьму невежества. Возникнет хаос, и большая часть человечества погибнет от голода и болезней. Заглядывая за пределы Земли, мы видим автономные колонии на Луне, Меркурии и Марсе, а также неисчислимые богатства, добываемые из недр астероидов. Однако, хотя ракеты стали сейчас наиболее надежным транспортным средством из всех, какие когда-либо были изобретены… они все еще малоэкономичны. Хуже того, их воздействие на природу чудовищно. Несмотря на все попытки контролировать коридоры входа и выхода, шум при взлете и посадке досаждает миллионам людей. Продукты выхлопа, накапливающиеся в верхних слоях атмосферы, уже привели к климатическим изменениям… Экстраполяция роста перевозок на конец века показывает, что грузооборот на трассе Земля – орбита увеличится почти в полтора раза. Однако эксплуатационные характеристики ракет близки к абсолютному пределу, обусловленному законами физики.

В процессе долгого десятилетнего труда над своим романом Кларк наткнулся на идею американского инженера-технолога Джерома Пирсона. В 1975 году он заново открыл идею орбитального лифта и доказал расчетами осуществимость проекта. Пирс повторил предложение Арцутанова сделать несущие канаты переменного сечения, тончайшие у Земли и максимально массивные на геостационарной орбите. Кроме того, необходим противовес, который будет придавать лифту устойчивость. Это может быть либо предложенный Цандером «космический поводок», протянутый в сторону Луны, либо крупный астероид, транспортированный на околоземную орбиту. Подобный «орбитальный лифт» мы и встречаем в романе Кларка.

Когда Кларк узнал о приоритете Арцутанова, он сразу же признал его. В дальнейшем выдающийся фантаст не раз обсуждал с ленинградским инженером технические детали различных астроинженерных сооружений.

Экономика должна быть экономной

Еще до обсуждения инженерных аспектов любого масштабного проекта делается его «технико-экономическое обоснование». Оно включает оценку всех рисков, всевозможных затрат и ожидаемой прибыли.

В своем романе Кларк оценил, что «стоимость перевозки одного пассажира не превысит нескольких долларов», а общие расходы на постройку лифта составят «много миллиардов долларов», так что «по самым скромным подсчетам, лифт в сто раз экономичнее любой ракеты».

Более точные расчеты можно встретить в книге Брэда Эдвардса и Эрика Уэстлинга «Космические лифты», вышедшей в 2003 году. Американские авторы описывают лифт для транспортировки 20-тонных грузов за счет энергии, передаваемой с Земли лазерными лучами. Эдвардс и Уэстлинг оценивают стоимость своего проекта в 6–7 миллиардов долларов при себестоимости перевозки одного килограмма груза 150 долларов.

В 2013 году появился проект американской Инженерной Академии транспорта. В нем предлагался своеобразный элеватор из герметичных лифтовых кабинок. Достигнув высоты в 40 километров, кабинки отключались бы от земного электропитания и переходили на солнечную энергию. Себестоимость транспортировки такой системы должна составить не более 500 долларов за килограмм, а стоимость постройки первых двух таких лифтов – 13 миллиардов долларов. Американские проектировщики планируют использовать новый алмазоподобный материал на основе нанонитей из структурированного под чудовищным давлением бензола. Это сверхпрочное вещество получила группа исследователей под руководством профессора химии Джона Бэддинга. Ученые сжали жидкий бензол под давлением, превышающим атмосферное в 200 000 раз. Затем давление медленно понизили, и оказалось, что атомы бензола перегруппировались, создав высокоупорядоченную структуру из пирамидальных тетраэдров.

В результате образовались супертонкие нити, очень напоминающие по структуре алмаз.

А совсем недавно крупнейшая японская строительная корпорация «Obayashi» объявила о планах создания космического лифта с автоматическими кабинками на магнитной подвеске. Подобная технология используется на сверхскоростных железных дорогах. Стоимость проекта оценивается в 100 миллиардов долларов при себестоимости транспортировки килограмма груза не более ста долларов. Японские инженеры планируют построить свой орбитальный лифт еще в первой половине текущего столетия. Они считают, что самым подходящим материалом для троса будут углеродные нанотрубки, полученные в начале девяностых годов прошлого века. Эти цилиндрические структуры с пределом прочности на разрыв в 63 гигапаскаля в 13 раз превышают по прочности конструкционную сталь. Длина подобных нанотрубок постоянно увеличивается, и недавно японские химики довели ее до метра. Авторы проекта прогнозируют, что уже в начале двадцатых годов будет превышен километровый рубеж, а к 2030 году можно будет начинать плетение из нанотрубок канатов для орбитальных лифтов.