О КОНЦЕПЦИИ НАГРУЖЕННОГО КОСМИЧЕСКОГО ЛИФТА

© Ю.А.Садов, А.Б.Нуралиева
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2010 г.

Мысль о возможности создания стационарной транспортной связи поверхности Земли с ближним космосом была высказана К.Э. Циолковским в конце XIX века. К настоящему времени эта мысль трансформировалась в идею конструкции, прикрепленной к Земле и удерживаемой над ней центробежной силой вращения Земли. Такая конструкция, названная космическим лифтом (КЛ), в случае ее реализации будет являться постоянно действующей транспортной магистралью между поверхностью Земли и ближним космосом, обеспечивающей перемещение грузов в обоих направлениях при: а) отсутствии расхода рабочего тела; б) уменьшении затрат энергии на доставку груза на орбиту за счет использования энергии вращения Земли, отсутствия необходимости поднимать вместе с полезным грузом рабочее тело и возможности использовать энергию, получаемую при спуске груза с орбиты (рекуперации энергии); в) исключении загрязнения атмосферы и засорения космического пространства. Кроме того, эта же конструкция может обеспечить постоянную базу для развертывания научной и производственной деятельности в околоземном пространстве, мониторинга в постоянных условиях земной поверхности и космоса, даст возможность использования ресурсов ближнего космоса для земных нужд.

Основными элементами КЛ являются несущая конструкция в виде длинного троса переменного по длине сечения из сверхпрочного материала, транспортирующая система в виде продольной опорной конструкции и транспортных вагонеток (кабин), энергетическая система с внешними или локальными источниками энергии, некоторое количество жестких каркасных элементов для организации постоянных производственных мест и эксплуатационных секций.

В настоящее время практически единственной, широко обсуждаемой моделью КЛ является предложенная Б. Эдвардсом концепция легкого КЛ, основным элементом которого является тонкая лента из сверхпрочного материала, по которой движутся автономные транспортные кабины; передача энергии к кабинам осуществляется с Земли по лазерному лучу. Достоинством такой облегченной системы являются довольно-таки иллюзорная простота и относительная дешевизна ее реализации. В то же время очевидны существенные ограничения ее функциональных возможностей, например, очень затруднена возможность организации двустороннего грузопотока, практически исключена возможность рекуперации энергии, кроме того, такую ленту, работающую практически на пределе своей несущей способности, очень трудно использовать как базу для других, нетранспортных операций.

В данном сообщении описывается альтернативная концепция построения КЛ, названная нагруженным КЛ и позволяющая в принципе реализовать все его функциональные возможности. Ее главные отличительные черты: a) несущая конструкция в виде гиперболоидальных секций, образованных круговыми шпангоутами, связанными сверхпрочными нитями, б) отделенная от несущей конструкции опорная транспортная система из движущихся тросов, допускающая двустороннее движение транспортных кабин, в) локальные источники энергии в виде солнечных батарей, г) размещение на шпангоутах дополнительных каркасных элементов для повышения функциональных свойств КЛ, д) улучшение эксплуатационных свойств конструкции. Данная концепция допускает использование КЛ не только для полномасштабных транспортных операций, но и как платформу для разнообразной научной и производственной деятельности, возможность передачи энергии по проводам между отдельными частями КЛ, а также между КЛ и Землей и, соответственно, возможность рекуперации энергии в процессе транспортных операций, упрощение текущего контроля состояния конструкции, возможность оперативного устранения дефектов и ремонта небольших повреждений, возможность управления изгибными и крутильными движениями КЛ за счет дифференцированного управления натяжением отдельных волокон.

В отличие от легкого лифта данная конструкция имеет большую массу. Реализация ее потребует многих усилий и больших затрат. Нужно будет осуществить научный поиск в ряде направлений, разработать новые технологии. Поэтому разумным путем достижения конечной цели может быть подход последовательного продвижения к ней в рамках общей стратегии космических исследований с организацией широкого международного взаимодействия.

Работа поддержана грантом РФФИ №10-01-00406 и грантом государственной поддержки ведущих научных школ НШ-6700.2010.1