Чем проект космического лифта Thoth Technology лучше других

12 Августа 2015 в 12:00, Илья Хель 13 808 просмотров 37

Космический лифт

Не так давно был запатентован новый проект космического лифта, который будет достигать 20 километров в высоту и может быть самым рабочим вариантом из всех, что мы видели. Мы знаем, что такое космический лифт, знакомы с этой идеей. Но к реализации такого лифта, с момента предложения идеи в 1895 году Константином Циолковским, мы не приблизились ни на йоту. Возможно, патент надувного лифта, поданный в прошлом месяце Thoth Technology в американское бюро патентов, поможет нам в осуществлении этого.

Для тех, кто незнаком с идеей космического лифта, небольшое объяснение. Ракеты чрезвычайно трудно запускать с лица земли из-за гравитации и сопротивления воздуха. Космический лифт может преодолеть это, если прицепить к тросу транспорт и поднять его таким образом в воздух. Это медленный и более безопасный (нет контролируемых взрывов) способ вывода груза в космос. На бумаге.

В настоящее время есть несколько основных видов концептов космического лифта.

Первоначальная концепция требовала вывода длинного троса в космос, который одним концом крепился к экватору, а другим — к противовесу. Естественное вращение Земли удерживало бы трос натянутым, подобно грузу, подвешенному на нитке, который вы можете сделать самостоятельно. Более поздние концепты включали более жесткую структуру, возможно, из углеродных нанотрубок. Японская корпорация обещает сделать такую к концу 2050 года, возможно, она растянется на четверть пути до Луны.

Имеются также планы, которые включают возведение гигантского здания, которое не особо будет отличаться от того, что мы строим сегодня. Но оно потребует серьезных прорывов в области материаловедения и строительства.

Недавно представленный концепт Thoth менее амбициозный, но использует технологии, которые у нас уже имеются (по крайней мере чтобы построить необходимую структуру). В его основе лежит использование модульных труб из кевлар-полиэтиленовых композитов, заполненных гелием. Такие трубы будут легче и мягче современных строительных материалов, а гелий будет помогать структуре держаться вертикально.

Лифт Thoth может достичь высоты 20 километров, это пока еще атмосфера Земли, но уже достаточно высоко, чтобы существенно облегчить выход космических аппаратов в космос. Построить 20-километровую структуру довольно тяжело. Но возможно, нам и не нужно строить структуру, которая будет выходить аж в космос. Thoth считает, что возможно использовать ракеты, вроде тех, что разрабатывает SpaceX, которые могут приземляться на баржу, обслуживать Международную космическую станцию и другие миссии с платформы наверху лифта. Он мог бы сэкономить топливо и сделать миссии более безопасными, поскольку пониженная гравитация позволит использовать всего одну ступень в ракетах. Компания сравнивает легкость запуска ракет с вершины лифта с запуском 747-х «Боингов».

Конечно, рождается вопрос: что будет, если это 20-километровое здание рухнет? Хороший вопрос. Ответ: будет нехорошо. Безусловно, придется строить его в удаленном месте, но вместе с тем падения может и не быть. Этот тип труб уже используется в космической отрасли и является довольно надежным. В случае коллапса, рухнувшее здание нанесет гораздо меньший ущерб, чем если бы оно строилось с использованием современных строительных материалов.

Согласно оценкам, полностью собранный лифт будет весить 880 000 тонн. Для сравнения: Эмпайр Стейт Билдинг весит 365 000 тонн. Потребуется 45 таких зданий, чтобы сравниться по высоте с космическим лифтом Thoth. И будут они весить в 20 раз тяжелее. Даже подумать страшно, что будет, если космический лифт, растянувшийся как резинка на четверть пути к Луне, треснет по швам, и гравитация принесет его обратно на землю. Или, того хуже, если это здание целиком упадет из космоса. Так что если говорить о строительных материалах, вариант Thoth кажется менее опасным.

Космический лифт

Другой вопрос — стоимость. Цель космического лифта — снизить стоимость космических путешествий с 20 000 долларов за килограмм до каких-либо более резонных цифр. Японцы обещают снизить стоимость до 200 долларов. Но если говорить о стоимости строительства такого гигантского здания, вопрос окупаемости выходит на передний план. Я не уверен, сможет ли мировая гелиевая промышленность справиться с гигантским заказом.

Хорошо, допустим, сможет. Текущая рыночная цена гелия составляет 2,5 доллара за литр. Если предположить, что здание будет 20 километров высотой и обладать размерами посадочной баржи SpaceX (той, на которую компания планирует приземлять свои ракеты, возможно, пропорции изменятся), оно будет примерно 100 на 30 метров на вершине. Одного только гелия придется закупить на 14 миллиардов долларов. За эти деньги марсоход «Кьюриосити» слетал бы на Марс и обратно три раза. Даже если сделать большую скидку, придется осуществить слишком много затратных космических миссий, прежде чем такой лифт окупится.

И это не считая расходов на поддержание или ремонт 20-километрового здания в воздухе.

Есть и другая, более приземленная проблема. Космическому лифту нужен земной лифт. Допустим, у вас есть люди и материалы. Но 20 километров — то выше, чем летают коммерческие авиалайнеры, вертолеты и так далее, поэтому все это придется завозить с помощью обычного земного лифта. Или необычного — с какой стороны посмотреть.

Один из самых быстрых лифтов в мире располагается в новом One World Trade Center. Он движется со скоростью 37 км/ч. Это означает, что такому лифту понадобится час, чтобы забраться и спуститься в нашем космическом лифте. Попробуйте перевезти ракетные части общим весом в 450 тонн такими часовыми поездками взад-вперед, а потом собрать все это на высоте 20 километров.

Другими словами, нам потребуются более быстрые и крупные лифты, прежде чем мы начнем строить космический. Также они должны быть достаточно легкими и жесткими, чтобы поднимать вещи на такую высоту, не нагружая систему в целом. Преимущество кабельного лифта в том, что его жесткость вытекает из самого вращения Земли. Жесткость лифта Thoth заложена в самой его структуре и ему придется сражаться с гравитацией.

Никто не говорит, что это не сработает. Просто нам придется решить еще массу проблем. Пока Thoth или кто-то еще не запатентует очень быстрый лифт, который не развалит гелиевую структуру, говорить не о чем. Но идея сама по себе очень крутая и, на мой взгляд, даже более сносная, чем трос из углеродных нанотрубок, протянутый до луны. На текущий момент мы можем делать цепи углеродных нанотрубок длиной до 3 сантиметров. Осталось каких-то 100 000 километров. Я бы перевел это в сантиметры, но у меня не хватит нулей. Что-то порядка 1,4 триллиона.

Короче говоря, обе технологии требуют крупных инженерных прорывов. Это прорывы, в которые стоит безусловно инвестировать, поскольку они пригодятся не только для космических путешествий, но и для других работ на Земле. Возможно, более быстрый лифт приведет к появлению быстрого земного транспорта. Возможно, какой-нибудь Hyperloop от Элона Маска идеально подойдет для перемещения материалов внутри космического лифта. Возможно, новый лифт обновит систему метрополитена в вашем городе. И возможно, прежде чем мы примемся за строительство 20-километрового плавучего лифта, мы научимся быстро возводить легкие, недорогие и устойчивые апартаменты даже в сейсмоопасных зонах.

Чем проект космического лифта Thoth Technology лучше других

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

37 комментариев

  1. cats.can.fly

    Если уж здание заполнено гелием, и вообще всё теоретическое, что на счёт гигантской летающей платформы типа два огромных дирижабля по бокам а посередине пусковая платформа? ну и к тому же не стоит забывать что бОльшая часть веса ракеты приходиться на первую ступень. Одноступенчатая ракета весить тонн 70-80 будет.

  2. Pashtet495

    Гораздо логичнее в таком случае высасывать с земли до высоты 20 км. капсулу с РН используя разность давлений, но это потребует большого количества аккумулированных газов для создания разностей давлений и создание клапанов, которые смогут быстро открыватся и закрываться над и под капсулой. Останется тллько решить вопрос как открыть капсулу, учитывая, что набранная начальная скорость будет такой, что вокруг капсулы спресованный воздух превратиться в плотное облако плазмы. На сколько можно растянуть возможность движение РН вместе с потоками воздуха от башни - тоже вопрос. Но в том варианте, что предложен все очень сомнительно хотя бы потому что башня будет раскачиваться, а старт в таких условиях представляется сомнительным.

  3. Ludvig.Eder

    Я вот прикидывал альтернативный вариант. Есть в разработке военных сша дрон на проводе, разработчики гарантируют длиной до километра. Пусть один дрон подает питание другому выше, так можно цепочкой дронов в сотню - вытянуть груз на сотню км вверх. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Elk

      В термосферу? Тогда придется дронам ракетные двигателя использовать, а вместо кабеля трубочки с ракетным топливом.

  4. Uglik

    Может я и не прав, но пожалуй значительно дешевле будет сделать летающую платформу - дирижабль тороидальной формы с ракетой в центре. А не тянуть огромную башню в верх.

    • Сергей

      Это не выгодно так как на эту платформу груз еще поднять надо - вот зачем башня что бы лифт был так дешевле, а в вашем варианте прядется еще и на платформу его доставить (авиа или ракета).

      • Uglik

        "прядется еще и на платформу его доставить (авиа или ракета)"
        Зачем? Прелесть летающей платформы как раз в том что она летает. Опустилась, взяла груз, поднялась, запустила. Наоборот проще и дешевле.

        • tarkit

          не проще и не дешевле.
          Для спуска - спускают тот же гелий из баков.
          Плюс ко всему - скорость движения такого дирижабля крайне мала.

          • Uglik

            Зачем выпускать гелий? Можно его просто сжимать в баллоны. В любом случае расход того же гелия будет в разы и разы меньше чем в случае с огромной башней, которая будет сифонить этим гелием во все щели. Плюс его обслуживание. Я уже не говорю про стоимость самой трубы со всем содержимом.
            А скорость подъёма/спуска дирижабля вполне достаточная.

    • Zarb

      Да да, надо построить хеликарриер Щита и запускать с него космические аппараты :)

  5. JollyRoger

    37 км/ч и 20 км за час - это одно и тоже, что ли? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  6. Viamo

    В таком лифте будет две кнопки: 1 этаж и 2 этаж ))) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • tarkit

      а по дороге еще разность давлений пару раз выбьет вам барабанные перепонки

  7. Ce3apyc

    А можно и скомбинировать: до 20 км - как задумано, а дальше просто трос с грузом на орбите, поддерживающий всю конструкцию в вертикальном положении за счет центростремительного ускорения.

  8. Joe

    Думаю, проще всего пока есть атмосфера поднимать ракету без ступеней самолетом, а дальше она уже сама в космос

  9. curious 2

    поскольку пониженная гравитация позволит использовать всего одну ступень в ракетах. Компания сравнивает легкость запуска ракет с вершины лифта с запуском 747-х «Боингов».
    --- простите но гравитация там не пониженная, только давление и как следствие лобовое сопротивление. Гравитация падает на 1% на 360км от поверхности земли. что дает 100% падение на ГСО


    Гелий, водород, склонны к диффузии, просачиваются через оболочки дирижаблей. У вас расход будет огромен, даже при условии что оболочка башни абсолютно цела, а так не будет.

    • curious 2

      Кстати, еще можно попробовать плести башню из материала для неубиваемых носков :)

    • Joe

      Центробежная сила меняется на много быстрее гравитации, хотя гравитация пропорциональна квадрату расстояния

    • Joe

      А еще на большей высоте тангенциальная скорость выше, значит ракете нужно меньше топлива для набора нужной скорости

      • curious 2

        По моим вычислениям выходит сомнительный прирост в скорости

        6378 - радиус земли на экваторе
        20км - высота башни
        24 - часов в сутках
        2*3,14=6,28

        Точка на уровне моря
        6378*6,28/24=1668км/ч

        (6378+20)*6,28/24=1674км/ч пройдет макушка башни относительно центра земли
        разница 1674-1668= овчинка стоит выделки???

        • Denorian

          в французской гвиане ракеты запускают в космос говорят меньше топлива надо для запуска. Хотя топливо это 0,3 % от стоимости ракеты,

          думаю тут играет роль в том что на экваторе ускорение свободного падения ниже
          если в Москве 9,8154
          то в Гвиане 9,79
          примерно посчитал на экваторе на высоте 20км будет
          9,71

          • curious 2

            http://ria.ru/infografika/20100212/208836933.html#14394526538594&message=resize&relto=login&action=removeClass&value=registration


            При запуске ракеты в восточном направлении? скорость увеличивается за счет прибавления окружной скорости космодрома. Окружная скорость космодрома – это скорость его движения вокруг оси Земли, благодаря суточному вращению планеты. Чем ближе космодром к экватору, тем больше дистанция между ним и земной осью вращения – и тем выше его окружная скорость.

            При запуске ракеты с экватора (по сравнению с Байконуром) масса полезной нагрузки, выводимой на геостационарную орбиту, может быть увеличена на 25-30% - при том же расходе топлива.

        • Joe

          Разница в потенциальной энергии, плотность атмосферы, выше тангенциальная скорость, меньше гравитация, больше центробежная сила - все в сумме и дает эффект

  10. Massimosmart

    А как же космический мусор, который летает по орбите Земли со скоростью 28136 км/ч??? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.