Реалистична ли е идеята за космически асансьор и ако да, как и кога ще бъде построен?

Въпреки все по-голямото навлизане на многоразовите ракети-носители , като елемент в космическите полети, този етап остава достатъчно скъп за масово използване. Според учените един от вариантите за решаване на проблема за връзка на Земята с орбиталните станции е космическият асансьор. Перспективите пред тази технология обаче все още са твърде неясни и дори Мъск не вярва в нейната реализация.

Какво представлява космическият асансьор?

За преодоляването на гравитацията при космическите полети се изразходват огромно количество енергия и материални средства. Всеки допълнителен килограм товар на космическия апарат струва хиляди долара. И колкото по-далеч лети космическият кораб, толкова повече средства са необходими.

Ето защо учените предлагат използването на космически асансьори, които могат да се превърнат в оптималния начин за доставяне на товари извън пределите на Земята. Той ще представлява свръхздрав кабел с дължина над 36 000 хиляди километра, който ще свързва Земята с космически станции, намиращи се на нейната орбита или орбитата на най-близките спътници – например Луната.

Най-популярната концепция за космическият асансьор е, че той ще представлява механизъм, който ще се състои от блокове, движещи се нагоре и надолу по кабел от специален космодрум, разположен на екватора до космическа станция в геостационарна орбита (т.е. орбитата на Земята над екватора, използвана за изкуствените спътници). Центробежните сили, предизвикани от въртенето на Земята, ще задържат кабела във въздуха. Стойността на подобни проекти се оценява на десетки милиарди долари, като при това доставката на товари се планира да поевтинее от 3500 долара до 25 долара за 0,45 кг (1 паунд).

Историята на идеята за космически асансьор

Идеята за безракетна доставка на товари в орбита е предложена за първи път още през 1895 г. от Константин Циолковски, основателят на теорията на астронавтиката. Той се вдъхновява от Айфеловата кула в Париж и предлага изграждането на космически асансьор по нейно подобие. Идеята на Циолковски е, космическият асансьор да представлява кула от издръжливи материали, които предотвратяват нейното смачкване, а върхът и да излиза в геоцентрична орбита.

През 1959 г. съветският учен Юрий Арцутанов предлага идеята за асансьор, при който се използват свръхздрави кабели, устойчиви на опън. През 1975 г. се появяват научни статии със съответните изчисления, а през 1979 г. Артър Кларк описва идеята за космическия асансьор във „Фонтаните на рая“. (The Fountains of Paradise).

Възможно ли е да се изгради космически асансьор?

За да изградите космически асансьор, ви е необходим свръхздрав материал, който може да издържи многотонни товари и да не се разкъса под въздействието на атмосферното налягане. Такъв материал могат да бъдат нанотръбичките, но засега тяхната здравина не е достатъчна: при необходимост да издържат на 120 Gpa, най-добрият резултат от тестовете досега е показал 52 GPa. В момента друг материал на който се възлагат големи надежди е графена, който е 200 пъти по-здрав от стоманата.

Конвенционалният подход за космически асансьор предполага, че при него ще се използва кабел, закрепен на Земята и излизащ отвъд геосинхронната орбита, на около 42 000 километра над Земята. Такъв кабел би имал значителна маса, така че, за да не падне, той трябва да бъде балансиран в другия край от подобна орбитална маса. Например ако кабелът тежи 6300 тона противовесът трябва да тежи 1900 тона. Частично той може да бъде създаден от космически кораби и други помощни апарати, които ще бъдат използвани за изграждане на асансьора. Възможно е също така използването на намиращи близо нефункциониращи спътници, отбуксирани на нова орбита. Така целият асансьор ще бъде поддържан от центробежните сили, но само при условие, че разполагаме с подходящия свръхздрав материал за кабел.

Друг основен проблем са космическите отпадъци: малки астероиди, отломки от ракети, повредени сателити, общо на орбита в момента се намират около 500 хиляди единици. Всички те се въртят в една и съща орбита и могат да повредят асансьора. За да се справят с този проблем, учените предлагат различни технологии за събиране на отпадъци, включително съвместни проекти с Министерството на отбраната на САЩ.

Какви проекти съществуват в момента?

Един от най-амбициозните проекти за космически асансьор е предложен от изследователите Зефир Пенор от Университета в Кеймбридж и Емили Сандфорд от Колумбийския университет. При техния асансьор се използва кабел, който свързва Земята с Луната. Но те  предлагат коренно противоположен подход,а именно кабелът вместо на Земята, да бъде закрепен на лунната повърхност. Според изчисленията на изследователите е достатъчно да се опъне такъв кабел от Луната до геосинхронна орбита (т.е. орбитата на Луната) и след това към Земята. Предлага се той да се изгради от съществуващи въглеродни полимери с дебелината на молив, например известният вече Zylon.

Съгласно проекта асансьорът ще прави пълен оборот веднъж месечно, с много по-бавна скорост. Това ще позволи да се разпределят по друг начин центробежните сили, а освен това ще преминава през точката на Лагранж, където гравитационните полета на Земята и Луната взаимно се неутрализират. Предлага се също така, там да бъдат разположени орбитални станции, позволяващи изграждането на „базов лагер“ за ново поколение космически експерименти – например телескопи, ускорители на частици, детектори на гравитационни вълни, вивариуми, производство на енергия и стартови площадки за изстрелване на мисии до останалата част от Слънчевата система..
За реализацията на проекта ще са необходими милиарди долари, но това ще позволи разходите за гориво, използвано за извеждането на космически апарати, да намалеят с две трети. Освен това проектът ще разкрие възможности за създаване колонии от селища на повърхността на Луната.

От 2005 г. НАСА провежда конкурси за най-добър модел на космически асансьор (последните данни са от 2019 г.) за устройство, което ще се издига по кабел на максимална височина с максимална скорост. Подобни състезания се провеждат и в Германия и Япония. Най-впечатляващия резултат досега е до 1,2 км. Победителите са получили грантове за по-нататъшни свои изследвания, но така и не успели да преминат на следващ етап след прототипа.

В Канада компанията Thoth Technology също се занимава с разработване на космически асансьор. Тя вече е получила американски патент за своя дизайн на кула, която запазва своята здравина с помощта на сгъстен газ. В канадската концепция асансьорът ще доставя товари на височина 20 км, откъдето те ще бъдат вземани от ракети. Това ще позволи да се спести до 30% от горивото.

В Япония създаването на космически асансьор се подкрепя активно от държавата. Местната Obayashi Corporation обещава да построи подобен асансьор до 2050 г. Компанията работи съвместно с частни изпълнители и университети, за създаването на възможно най-здравите нанотръбички.

През 2018 г. на МКС стартира експериментът STARS-Me, разработен от физици от японския университет в Шизуока. Той представлява автономен роботизиран сателит с мини-космически асансьор, който ще симулира в силно умален вид условията , при които подобни системи могат да функционират. Камери ще наблюдават движението на два малки асансьора по десетметров кабел при нулева гравитация.

Китайците възнамеряват да изпреварят Япония и да построят космически асансьор до 2045 г. Те също работят върху проблемите, свързани със здравината и дължината на въглеродни нанотръби. През 2018 г. изследователска група от университета Цинхуа патентова технология за създаване на въглеродни влакна, 1,6 g от които могат да издържат до 800 тона.

Какво мислят експертите?

НАСА смята, че самата концепция за космически асансьор е много обещаваща. Основният залог е на японския и китайски проекти – тоест пускането на асансьор до 2050 г.

Мичио Каку, професор по физика в Сити Коледж в Ню Йорк и световноизвестен научен популяризатор и футурист, определя космическия асансьор като „Светия Граал на изследването на космоса“:

„Представете си, че натискате бутона „нагоре“ и започвате да се изкачвате с асансьор в небето. Това може да открие космоса за всеки от нас.”

Питър Суон, президент на Международния консорциум за създаване на космически асансьори ( International Space Elevator Consortium – ISEC), също е оптимист:

„Тази технология отваря феноменални възможности, които ще осигурят на човечеството достъп до Слънчевата система. Смятам, че първите асансьори ще работят в автоматичен режим, а след 10-15 години вече ще имаме на разположение шест до осем такива устройства, които ще бъдат достатъчно безопасни за транспортиране и на хора.

Суон обаче говори и за трудностите, стоящи пред подобни проекти:

„Единственият технологичен проблем, който остава за решаване, е намирането на подходящ материал за производството на кабела. Всичко останало можем да построим и сега.“

Кевин Фонг, основател на Центъра за височинна, космическа и екстремна медицина към Университетския колеж в Лондон, също смята, че идеята е доста амбициозна:

„Харесвам дързостта на концепцията за космически асансьор. Мога да разбера защо хората я намират за толкова привлекателна. Способността да достигаме ниски околоземни орбити евтино и безопасно, отваря за нас цялата Слънчева система.“

В същото време Фонг признава, че изграждането на космически асансьор е доста сложен процес. Той вярва, че дори ако хората успеят да преодолеят техническите трудности, получената конструкция ще представлява „гигантска опъната струна, извеждаща космически апарати от орбита и непрекъснато бомбардирана от космически отломки“. В допълнение, самото изграждане на такъв асансьор ще изисква активно използване на космически кораби и голям брой излизания в открития космос.

Но Илон Мъск е силно скептичен (дали пък не е за заради потенциалната конкуренция)  в реалното осъществяване на тази идея. Говорейки на конференция в Масачузетския технологичен институт, той споделя доста иронично:

„Това е твърде сложна от техническа гледна точка задача. Според мен по-лесно е да се построи мост между Лос Анджелис и Токио, отколкото да се построи асансьор в орбита.“