Читая статьи о космическом лифте, я не перестаю удивляться, как много внимания уделяют в них потенциально решаемой проблеме прочности троса, и как мало внимания уделяется проблемам, которые не решаются никак…
И так, давайте предположим, что у нас есть волокнистый материал с прочностью на разрыв около 100 ГПа (10 000 кгс/мм^2) с плотностью 1,5 кг/дм^3. С таким материалом мы можем построить космический лифт. Всего-то нужно запустить на геостационарную орбиту 72 000 км троса из такого материала и начать его там разматывать сразу в двух направлениях: к Земле и от неё. В какой-то момент один из концов троса достигнет поверхности, и нам останется только закрепить его, да ездит по нему вверх-вниз. Какие проблемы?..
Начнём с «мелочи» — массы троса. Оптимальный трос будет посередине (возле геостационарной орбиты) в 2-3 раза толще, чем у поверхности Земли. Но я условно буду считать его диаметр всюду равным 1 см, т.к. я не ставлю задачи получить точные числа, а лишь оценить порядок. Почему именно 1 см, а не 1 мм или 1 м? Потому, что трос диаметром 1 мм будет выдерживать всего 7,85 т нагрузки на разрыв. Учитывая, что в лучшем случае 90% прочности троса будет «израсходовано» на удержание его собственного веса, получаем, что такой трос не выдержит веса современного крупного спутника, не говоря уж о космических кораблях и, тем более, орбитальных станциях. Ну а 1 м — это просто уже перебор.
И так, у нас 72 000 км троса диаметром 1 см с плотностью 1,5. Масса этого троса примерно 8500 тонн… Чтобы доставить такую массу на геостационарную орбиту потребуется более тысячи запусков тяжёлых ракет-носителей! Вместо строительства лифта они могли бы на десятки лет вперёд обеспечить все потребности человечества в выводе космических аппаратов на орбиту. И это если предположить, что трос, доставленный по частям, уже на орбите можно будет собрать в единое целое нужной прочности…
Но самое интересное начинается дальше. По разным оценкам только на низких околоземных орбитах (высотой от 200 до 2000 км) находится от 200 000 до 300 000 относительно крупных объектов — размером более 1 см. Из них более 90% имеют размер не более 10 см, а от того слишком малы для отслеживания радарами.
Несмотря на огромное количество относительно крупных объектов на орбите, столкновения между ними всё-таки весьма и весьма редки. Во-первых, даже МКС по космическим меркам мала, а уж всё остальное — и подавно. Значит для столкновения траектории двух объектов должны пройти очень-очень близко друг к другу, что маловероятно само по себе. Но в добавок к этому два объекта должны оказаться в точке пересечения траекторий одновременно! Это делает столкновение совсем уж редчайшим событием, за всю историю космонавтики их можно по пальцам пересчитать.
Но что будет в случае неподвижного троса огромной длины?.. В среднем раз в час каждый из этих объектов пересекает экватор. Т.е. как минимум 200 000 пересечений экватора в час. Если взять площадь плоскости экватора, приходящуюся на высоты низких орбит, 200-2000 км, то она составит 85 500 000 км^2. Площадь сечения 1 см троса на участке высот 200-2000 км — 0,018 км^2 или 0,2 миллиардной доли площади плоскости экватора. Мизер? Но у нас 200 000 пересечений экватора в час! Не сложно подсчитать, что в среднем раз в 23 500 часов в трос будет попадать фрагмент космического мусора с размером, большим диаметра троса. Т.е. будет его гарантированно уничтожать! Если что, 23 500 часов — это 2 года и 8 месяцев. Причём это оценка сверху, т.к. этот расчёт верен лишь для нулевого размера космического мусора, а реально учитывается мусор более 1 см в поперечнике, что в разы увеличивает вероятность столкновения… Реально срок жизни троса — порядка года или даже меньше. Причём уменьшение сечения троса почти не продлит этот срок, т.к. космический мусор меньше по размеру не станет. Увеличение сечения тоже ничего не даст: да, метровый трос сможет перебить уже далеко не каждый фрагмент мусора, но зато попадать в него они будут в сто раз чаще, так что за тот же год ослабят достаточно для обрыва под собственным весом.
Итого имеем: нам нужно вывести на геостационарную орбиту классическими ракетами столько груза, сколько мы за всю историю ещё не успели туда вывести, чтобы потом в течении года, пока трос не перебьёт космическим мусором, очень дёшево выводить грузы на орбиту… За скобками оставим разрушения, которые нанесёт падающий трос, особенно если его перебьёт не около Земли, а где-нибудь ближе к геостационарной орбите.
P.S. Если что, я страстно мечтаю о масштабном освоении космоса. Но чтобы моя мечта стала реальностью, деньги и усилия должны направляться на те проекты, которые по крайней мере в отдалённой перспективе могут дать эффект. А космический лифт, увы, к таким проектам не относится: широкомасштабное освоение космоса гарантирует, что космического мусора будет только больше, а для безопасности троса его должно стать в десятки раз меньше, т.е. одно исключает другое.
И так, давайте предположим, что у нас есть волокнистый материал с прочностью на разрыв около 100 ГПа (10 000 кгс/мм^2) с плотностью 1,5 кг/дм^3. С таким материалом мы можем построить космический лифт. Всего-то нужно запустить на геостационарную орбиту 72 000 км троса из такого материала и начать его там разматывать сразу в двух направлениях: к Земле и от неё. В какой-то момент один из концов троса достигнет поверхности, и нам останется только закрепить его, да ездит по нему вверх-вниз. Какие проблемы?..
Начнём с «мелочи» — массы троса. Оптимальный трос будет посередине (возле геостационарной орбиты) в 2-3 раза толще, чем у поверхности Земли. Но я условно буду считать его диаметр всюду равным 1 см, т.к. я не ставлю задачи получить точные числа, а лишь оценить порядок. Почему именно 1 см, а не 1 мм или 1 м? Потому, что трос диаметром 1 мм будет выдерживать всего 7,85 т нагрузки на разрыв. Учитывая, что в лучшем случае 90% прочности троса будет «израсходовано» на удержание его собственного веса, получаем, что такой трос не выдержит веса современного крупного спутника, не говоря уж о космических кораблях и, тем более, орбитальных станциях. Ну а 1 м — это просто уже перебор.
И так, у нас 72 000 км троса диаметром 1 см с плотностью 1,5. Масса этого троса примерно 8500 тонн… Чтобы доставить такую массу на геостационарную орбиту потребуется более тысячи запусков тяжёлых ракет-носителей! Вместо строительства лифта они могли бы на десятки лет вперёд обеспечить все потребности человечества в выводе космических аппаратов на орбиту. И это если предположить, что трос, доставленный по частям, уже на орбите можно будет собрать в единое целое нужной прочности…
Но самое интересное начинается дальше. По разным оценкам только на низких околоземных орбитах (высотой от 200 до 2000 км) находится от 200 000 до 300 000 относительно крупных объектов — размером более 1 см. Из них более 90% имеют размер не более 10 см, а от того слишком малы для отслеживания радарами.
Несмотря на огромное количество относительно крупных объектов на орбите, столкновения между ними всё-таки весьма и весьма редки. Во-первых, даже МКС по космическим меркам мала, а уж всё остальное — и подавно. Значит для столкновения траектории двух объектов должны пройти очень-очень близко друг к другу, что маловероятно само по себе. Но в добавок к этому два объекта должны оказаться в точке пересечения траекторий одновременно! Это делает столкновение совсем уж редчайшим событием, за всю историю космонавтики их можно по пальцам пересчитать.
Но что будет в случае неподвижного троса огромной длины?.. В среднем раз в час каждый из этих объектов пересекает экватор. Т.е. как минимум 200 000 пересечений экватора в час. Если взять площадь плоскости экватора, приходящуюся на высоты низких орбит, 200-2000 км, то она составит 85 500 000 км^2. Площадь сечения 1 см троса на участке высот 200-2000 км — 0,018 км^2 или 0,2 миллиардной доли площади плоскости экватора. Мизер? Но у нас 200 000 пересечений экватора в час! Не сложно подсчитать, что в среднем раз в 23 500 часов в трос будет попадать фрагмент космического мусора с размером, большим диаметра троса. Т.е. будет его гарантированно уничтожать! Если что, 23 500 часов — это 2 года и 8 месяцев. Причём это оценка сверху, т.к. этот расчёт верен лишь для нулевого размера космического мусора, а реально учитывается мусор более 1 см в поперечнике, что в разы увеличивает вероятность столкновения… Реально срок жизни троса — порядка года или даже меньше. Причём уменьшение сечения троса почти не продлит этот срок, т.к. космический мусор меньше по размеру не станет. Увеличение сечения тоже ничего не даст: да, метровый трос сможет перебить уже далеко не каждый фрагмент мусора, но зато попадать в него они будут в сто раз чаще, так что за тот же год ослабят достаточно для обрыва под собственным весом.
Итого имеем: нам нужно вывести на геостационарную орбиту классическими ракетами столько груза, сколько мы за всю историю ещё не успели туда вывести, чтобы потом в течении года, пока трос не перебьёт космическим мусором, очень дёшево выводить грузы на орбиту… За скобками оставим разрушения, которые нанесёт падающий трос, особенно если его перебьёт не около Земли, а где-нибудь ближе к геостационарной орбите.
P.S. Если что, я страстно мечтаю о масштабном освоении космоса. Но чтобы моя мечта стала реальностью, деньги и усилия должны направляться на те проекты, которые по крайней мере в отдалённой перспективе могут дать эффект. А космический лифт, увы, к таким проектам не относится: широкомасштабное освоение космоса гарантирует, что космического мусора будет только больше, а для безопасности троса его должно стать в десятки раз меньше, т.е. одно исключает другое.
