5 причин, почему космический лифт между Землёй и её орбитой никогда не будет построен
Поскольку человечество хоть и медленно, но всё же осваивается в космосе, возник вопрос о доставке на орбиту необходимых вещей. Ракеты не подходят — они слишком дороги при эксплуатации и вредят экологии. Ещё одна возможность — построить космический лифт, который будет связывать космос с Землёй.
Высота такой конструкции составит 35 400 км. Предполагается, что это будет сверхпрочный трос, одним концом закреплённый на поверхности планеты, а другим — в неподвижной точке выше геостационарной орбиты. По тросу поднимается подъёмник, несущий полезный груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения планеты, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли.
Звучит вроде бы логично. Правда, здесь есть несколько сложностей, делающих и этот способ крайней непрактичным:
1. Нет достаточно прочного материала для троса
Нагрузка на трос может превышать 100 000 кг/м., так что материал для его изготовления должен обладать чрезвычайно высокой прочностью для устойчивости к растяжениям, и при этом очень низкой плотностью. Пока такого материала нет — не подходят даже углеродные нанотрубки, считающиеся сейчас самыми прочными и упругими материалами на планете.
К сожалению, технология их получения только начинает разрабатываться. Пока что удаётся получить крошечные кусочки материала: самая длинная нанотрубка, которую удалось создать — пара сантиметров в длину и несколько нанометров в ширину. Удастся ли когда-нибудь сделать из этого достаточно длинный трос, пока неизвестно.
2. Восприимчивость к опасным вибрациям
Трос будет восприимчив к непредсказуемым порывам солнечного ветра — под его воздействием он будет изгибаться, и это отрицательно скажется на стабильности лифта. В качестве стабилизаторов к тросу можно прикрепить микродвигатели, но эта мера создаст дополнительные трудности в плане технического обслуживания сооружения. Кроме того, это затруднит продвижение по тросу специальных кабинок, так называемых «альпинистов». Трос, скорее всего, вступит с ними в резонанс.
3. Сила Кориолиса
Трос и «альпинисты» неподвижны относительно поверхности Земли. А вот по отношению к центру Земли объект будет двигаться со скоростью 1 700 км/ч на поверхности и 10 000 км/ч на орбите. Соответственно, «альпинистам» при запуске надо придать эту скорость. «Альпинист» разгоняется в перпендикулярном тросу направлении, и из-за этого трос будет раскачиваться подобно маятнику. Одновременно с этим возникает сила, пытающаяся оторвать наш трос от Земли. Сила обратно пропорциональна величине прогиба троса и прямо пропорциональна скорости подъема груза и его массе. Таким образом, сила Кориолиса мешает быстро поднимать грузы на геостационарную орбиту.
С силой Кориолиса можно бороться, просто запуская одновременно двух «альпинистов» — с Земли и с орбиты, но тогда сила между двумя грузами будет растягивать трос ещё сильнее. Как вариант — мучительно медленный подъём на гусеничном ходу.
4. Спутники и космический мусор
За последние 50 лет человечество запустило в космос множество объектов — полезных и не очень. Или строителям лифта придётся всё это найти и убрать (что невозможно, учитывая количество полезных спутников или орбитальные телескопы), или предусмотреть систему, защищающую объект от столкновений. Трос — теоретически неподвижен, поэтому любое вращающееся вокруг Земли тело рано или поздно с ним столкнётся. Кроме того, скорость при столкновении будет практически равна скорости вращения этого тела, так что тросу будет причинён большой ущерб. Маневрировать трос не может, а протяжённостью обладает большой, поэтому столкновения будут частыми.
Как с этим бороться, пока не ясно. Учёные говорят о постройке орбитального космического лазера для сжигания мусора, но это уж совсем из области научной фантастики.
5. Социальные и экологические риски
Космический лифт вполне может стать объектом террористической атаки. Успешная подрывная операция нанесёт огромный ущерб и может вообще похоронить весь проект, так что одновременно с лифтом придётся выстраивать вокруг него и круглосуточную оборону.
Экологи же считают, что кабель, как ни парадоксально, может сместить земную ось. Трос будет жёстко закреплён на орбите, и любое его смещение наверху отразится на Земле. Кстати, представляете, что случится, если он вдруг оборвётся?
Таким образом, реализовать такой проект на Земле очень сложно. А теперь хорошая новость: это будет работать на Луне. Сила притяжения на спутнике куда меньше, а атмосфера фактически отсутствует. Якорь можно создать в поле силы тяжести Земли, и трос с Луны будет проходить через точку Лагранжа — таким образом, мы получаем канал связь между планетой и её естественным спутником. Такой трос при благоприятных условиях сможет переправлять на орбиту земли около 1000 тонн груза в сутки. Материал, конечно, потребуется сверхпрочный, но ничего принципиально нового изобретать не придётся. Правда, длина «лунного» лифта должна будет составить около 190 000 км из-за эффекта, названного Гомановской траекторией.
Космический лифт. Как, зачем, из чего
Узнать замечательное слово «ретрофутуризм» и даже прочесть эту статью мне довелось уже в бытность активного существования хаброблога, когда под моим последним январским постом развернулась дискуссия об осуществимости и целесообразности воздвижения сферы Дайсона. Немного разочаровавшись реакцией на тот пост, я отложил в долгий ящик обзорную статью о технологии и применении космического лифта, но вот и она дождалась своего часа. Во многом я нашел нужные мысли и слова, готовя материал о фуллеренах и, соответственно, освежив знания об углеродных нанотрубках. Поэтому вас ждет пост, категорически не относящийся к научной фантастике.
Вступление
Автором идеи космического лифта является Константин Эдуардович Циолковский. В 1895 году, осматривая в Париже новенькую Эйфелеву башню, Циолковский задумался о том, насколько реально было бы построить башню высотой до геостационарной орбиты, чтобы доставлять по ней грузы прямо в космос. Конструкция получалась практически неосуществимой: мало того, что ее основание на земле было бы сопоставимо по площади со всем Парижем, так и даже самая прочная сталь не выдержала бы такой нагрузки. Тем не менее, идею башни или мачты, выходящей прямо на орбиту, можно отнести к «невозможностям первого класса» в соответствии с парадигмой Мичио Каку: создание такой конструкции не противоречит законам физики, мы просто не владеем материалами и технологиями для осуществления проекта.
Следующая, вполне прикладная попытка подступиться к идее космического лифта была предпринята уже в СССР в 1960 году. 31 июля в воскресном приложении к «Комсомольской правде» вышла статья «В космос – на электровозе», написанная Юрием Николаевичем Арцутановым (1929 – 2019), в ту пору учившимся в аспирантуре Ленинградского технологического института. Тогда (третий год продолжаются космические запуски, но человек на орбите еще не бывал) Юрий Николаевич справедливо отметил, что космический полет на ракете не сможет стать массовым явлением, так как оказывает запредельные нагрузки на человеческий организм, а также требует тратить непозволительно много ресурсов и энергии на преодоление гравитации. Поэтому, предположил Арцутанов, запуск ракет должен осуществляться с орбиты, там, где они с легкостью будут приобретать вторую космическую скорость и отправляться в нужном направлении. Для этой цели на орбите должен быть развернут «целый город с оранжереями, обсерваториями, гелиоэлектростанциями, мастерскими, складами горючего и взлетно-посадочными устройствами для межпланетных ракет». Доставка людей и грузов на такую орбитальную станцию должна осуществляться по вертикальной трассе длиной 50-60 тысяч километров, так как для металлической конструкции такого размера примерно на высоте 42 тысячи километров центробежная сила (обусловленная орбитальным вращением Земли) станет примерно равна силе тяжести, под которой конструкция могла бы рухнуть на землю. Соответственно, такую конструкцию потребовалось бы составить из «наземной» несущей части, которая имеет переменную, увеличивающуюся толщину на пути к геосинхронной орбите, и из противовеса, который начинается на высоте порядка 42 000 километров и уравновешивает силу тяготения собственной центробежной силой.
Ажурную конструкцию подобной мачты Арцутанов предполагал снабдить железнодорожными путями, действующими по принципу маглева (поезда на магнитной подушке). Поезд должен был бы постепенно разгоняться до тех пор, пока не достигнет первой космической скорости, причем, гнать его вверх должно было исключительно магнитное поле. Горючее при этом бы не тратилось.
Здесь вкратце остановлюсь на практических соображениях, позволяющих осознать пользу и даже необходимость космического лифта. Космический лифт технически нереализуем в настоящее время – прежде всего, потому что у нас нет технологии для промышленного производства нанотрубок или аналогичного легкого и крепкого материала, из которого можно было бы собрать такой лифт. Тем не менее, космический лифт в отличие, например, от гиперлупа, не является улучшением какой-либо существующей технологии. Это принципиально новый, экологически чистый, а в долгосрочной перспективе — еще и экономичный проект. Космический лифт открывает реальные возможности долговременной колонизации околоземной орбиты, колонизации Луны с возможностью устраивать экспедиции в любую точку нашего спутника. Космический лифт является одной из самых реалистичных предпосылок для освоения точек Лагранжа, которые, в свою очередь, могут оказаться удобны для промышленной переработки астероидов. Наконец, космический лифт – незаменимая технология для высадки на суперземли и благополучного отбытия с них. Теперь давайте обо всем по порядку.
Конструкция космического лифта
Примерно в таком виде космический лифт представляли еще в 1960-е. Возвращаясь к «башенной» модели космического лифта, предложенной Циолковским, отметим, что сила тяготения будет противоположным образом воздействовать на секции башни, расположенные ниже и выше геостационарной орбиты: нижняя часть башни будет стремиться упасть на землю, а верхняя – улететь в космос. Поэтому для стабилизации башни достаточно расположить центр ее массы существенно выше геостационарной орбиты. Земное притяжение, воздействующее на лифт, будет наименьшим на поверхности Земли и наибольшим – на геостационарной орбите. Выше геостационарной орбиты притяжения уже практически не будет, и именно там уместно развертывать первый космопорт дальнего следования.
Следующее принципиальное отличие космического лифта от традиционного является неподвижность «ствола» всей конструкции относительно Земли (естественно, относительно спутников и космических станций лифт будет вращаться с той же скоростью, что и Земля). Напротив, подвижной частью лифта будут одинаковые подъемники-вагоны, которые будут уравновешивать друг друга, если в каждый момент времени один из них будет двигаться снизу вверх, а другой – сверху вниз. Подобную идею выдвинули в статье 2021 года китайские ученые. Путь такого вагона с поверхности Земли на геостационарную орбиту может занимать от нескольких дней до считанных часов. Поскольку подъемники будут выполнять не только транспортную, но и уравновешивающую функцию, они не могут нести с собой горючего. Во-первых, объем горючего относительно объема вагона был бы настолько же велик, как и объем горючего, необходимого для вывода ракеты-носителя на орбиту. Во-вторых, с выгоранием топлива менялась бы и масса всего подъемника, вернее, всех задействованных подъемников одновременно – что значительно дестабилизировало и раскачивало бы всю систему. Поэтому в модели Арцутанова предполагалось запитывать подъемники электричеством, пропущенным через кабели на протяжении всего лифта (нереализуемо), впоследствии высказывалась версия, что передавать энергию подъемнику можно было бы при помощи лазеров. В наше время гораздо логичнее выглядит конструкция, при которой лифт использует солнечную энергию, поскольку (например, по всей длине) облицован солнечными батареями. Ниже я упомяну, почему единственным реалистичным материалом для возведения космического лифта представляются углеродные нанотрубки. Тем не менее, уже здесь можно оговориться, что углеродные структуры, прежде всего, фуллерены, вполне могут применяться и в качестве фотоэлектрических элементов. Таким образом, принципиально возможно собрать из углерода как несущую конструкцию лифта, так и его энергетическое оснащение (солнечные батареи). Также упомяну ниже, почему это возможно, но не оптимально.
Базовая станция космического лифта должна располагаться на экваторе, поскольку вывод тела на геостационарную орбиту тем проще, чем ближе к экватору находится точка старта. При этом, благодаря закону Архимеда, вес плавучей морской платформы будет снижаться, даже если она будет обширна как искусственный остров.
При этом на экваторе удобно расположить базовую станцию так, чтобы она находилась далеко от крупных течений, при этом была в нейтральных водах, и к ней без проблем подходили контейнеровозы любого размера, в том числе, подвозящие сборные и негабаритные грузы.
Несмотря на столь оптимистичные показатели, пока до промышленного применения нанотрубок еще очень далеко, поскольку к настоящему времени удалось вырастить нанотрубку длиной не более нескольких метров.
В качестве альтернативы углеродным нанотрубкам могут использоваться еще более прочные сверхтонкие алмазные волокна, полученные в 2017 году группой Джона Баддинга в Пенсильванском университете. Такую углеродную структуру удалось получить сжатием молекул бензола под давлением 200 000 атмосфер. В результате атомы углерода пересобирались в чрезвычайно прочную кристаллическую решетку, ячейка которой напоминает по форме тетраэдр.
С физической точки зрения длина углеродных трубок может быть практически неограниченной, но даже столь прочный материал как графен наверняка не выдержит наращивания до геостационарной орбиты и рухнет под собственной тяжестью.
Революционное решение, позволяющее решить эту проблему уже на современном уровне развития технологий, было предложено Зефиром Пенуаром и Эмили Сэндфорд в 2019 году. Возможно, первую очередь космического лифта было бы реалистичнее не возвести с Земли, а свесить с Луны.
Точки Лагранжа и космический лифт
В районе земной орбиты есть удивительные места, в которых гравитация практически не действует, поскольку в них гравитация Земли и другого небесного тела гасит друг друга. В 1772 году эти точки открыл французский математик Лагранж, заинтересовавшийся, есть ли в Солнечной системе такое место, где гравитация Солнца и Земли равны. Выяснилось, что таких точек, где гравитация Земли и Солнца и Земли и Луны гасят друг друга, целых 5. Их назвали L1, L2, L3, L4 и L5. Если поместить в точку Лагранжа космический аппарат или, например, космическую станцию, он(а) никуда оттуда не денется. Точки Лагранжа определенно есть и у других объектов в Солнечной системе – например, по-видимому, именно в такой точке между Марсом и Юпитером засел астероид Ахиллес.
Идея Пенуара и Сэндфорд заключается в следующем. Если бы удалось построить на Луне базу для космического лифта, закрепить там тонкий углеволоконный трос, а затем протянуть его через точку Лагранжа в направлении Земли, то именно в этой точке можно было бы начать обустройство постоянной колонии на полпути между Землей и Луной.
Поскольку на такой станции естественная гравитация бы отсутствовала, оттуда можно было бы сравнительно легко добираться в любую точку Луны. Стали бы технически целесообразны регулярные лунные экспедиции, в том числе, за ценнейшим гелием-3, необходимым для развития термоядерной энергетики. С этой станции, в свою очередь, было бы удобно тянуть космический лифт в сторону Земли, собирая в нужной точке тот противовес, который обеспечит нужное натяжение для участка лифта «Земля – точка Лагранжа». Подробнее о потенциальном использовании точек Лагранжа в космонавтике и в особенности в освоении Луны рассказано в статье с сайта gagarin.ru, где на вопросы журналиста отвечает доктор технических наук Юрий Петрович Улыбышев, заместитель руководителя корпорации «Энергия».
Я же в данном случае хочу подчеркнуть еще два важнейших аспекта, связанных со спусканием космического лифта из точки Лагранжа.
Во-первых, такая конфигурация значительно облегчает строительство орбитального противовеса-стабилизатора, поскольку материалы для него будут буквально под рукой. На сборку стабилизатора можно пустить космический мусор и отработанные искусственные спутники.
Во-вторых, стабилизатор можно было бы укрепить металлами с небольшого астероида, пришвартовать который к станции также удалось бы лишь в условиях пренебрежимой гравитации.
Более того, в будущем технология спускаемого космического лифта (с естественных спутников или из точек Лагранжа) могла бы стать незаменима при освоении суперземель. Как известно уже сегодня по результатам работы телескопа «Кеплер», в нашей Галактике широко распространены каменные планеты, подобные Земле по химическому и, возможно, геологическому составу, но превышающие ее по размеру в два-три раза. Существует предположение, что такие планеты могут оказаться сверхобитаемыми, так как смогут удерживать на поверхности больше воды и плотные насыщенные атмосферы. Но при этом они являются настоящими «гравитационными колодцами» как для любой пилотируемой экспедиции с Земли, так и для потенциальной аборигенной космонавтики. Первая космическая скорость на суперземле настолько велика, что для выхода на ее орбиту с использованием привычного нам топлива потребовалась бы ракета-носитель размером с пирамиду Хеопса. Поэтому, возможно, жители таких планет просто заперты в своих мирах. Соответственно, как с обитаемой, так и с необитаемой суперземли не мог бы улететь и случайно оказавшийся там земной корабль. Не хватило бы топлива.
Но освоение суперземель серьезно упрощается при наличии отлаженной технологии космического лифта. Даже если у суперземли не будет удобного спутника, близ нее наверняка удастся найти удобную точку Лагранжа и размотать углеволоконный (или аналогичный, более прочный) трос до горной вершины на этой планете – кстати, из-за усиленной гравитации горы на суперземле должны быть сравнительно низкими. Но здесь я уже слишком углубляюсь в научную фантастику.
Важной критичной уязвимостью углеродного космического лифта, которую здесь следует рассмотреть, является горючесть углеволокна. Углеродные нанотрубки не просто горят, а вспыхивают. Поэтому предполагается, что более безопасным и при этом крепким материалом для производства таких трубок может стать не углерод, а кремний, точнее, силицен – кремниевый аналог графена. Кристаллические решетки из кремния значительно сложнее получать, чем графен. Тем не менее, силицен удалось наблюдать в 2010 году, а в 2012 году – вырастить искусственно. Исходно с силиценом связывались определенные надежды в полупроводниковой промышленности, но практика показала, что он неприменим в микроэлектронике, так как слишком быстро распадается на обычный кремний. Мне не удалось найти материалов о практическом получении кремниевых нанотрубок, аналога углеродных, на основе кремния. С другой стороны, именно при армировании космического лифта силицен мог бы прийтись кстати, в том числе, и потому, что должен легко интегрироваться с микроэлектроникой, также создаваемой на кремниевой основе. Возможно, организовать поточное производство силиценового волокна удастся при помощи 3D-печати.
Заключение
Я отдаю себе отчет в том, что на момент подготовки этой публикации создание космического лифта – далеко за пределами возможностей человечества. Даже Илон Маск, известный своими масштабными проектами, отказался высказаться на тему космического лифта. Я намеренно обошел здесь сугубо экономическую выгоду такого проекта – потенциально космический лифт позволил бы удешевить доставку одного килограмма груза на орбиту с 20 000 долларов (сейчас) до 500 долларов; при описанных же здесь перспективах лифт мог бы работать «на спуск» не менее активно, чем «на подъем». Надеюсь, мне удалось парировать все или хотя бы некоторые критические замечания из статьи «Придется ли нам распрощаться с мечтой о космических лифтах?», вышедшей в 2015 году, и дать вам пищу для размышления.
Возможен ли космический лифт в реальности: что говорит наука
В Интернете появилось видео, где объяснили, возможен ли лифт в космос
Орбитальный, или космический лифт — это такая гипотетически существующая в умах фантастов конструкция, орбита которой простирается высоко над поверхностью Земли. Считается, что если подобный лифт будет реализован, по нему можно будет отправлять в космос грузы с гораздо меньшими затратами, чем это делают сейчас на ракетах.
Вряд ли ученый, сумевший прозорливым своим умом задолго до космической эры проникнуть в суть космонавтики и предсказавший теорию космических полетов, разложив их по формулам, мог ошибаться. Значит, это было возможно? А что на этот счет говорит современная наука, пускай и любительская ее часть?
Научный YouTube-канал «Real Engineering» использовал математические формулы, чтобы ответить на вопрос «Реально ли реализован такой орбитальный лифт?»
Возможно ли строительство космического лифта? Ответ — в видео:
Видео взято с YouTube-канала «Real Engineering»
Итак, орбитальный лифт — это огромная, очень длинная лифтовая шахта (или в изначальной концепции — трос), соединяющая поверхность Земли и космическое пространство. Трос удерживается одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной относительно планеты точке выше геостационарной орбиты (ГСО) за счет центробежной силы.
По тросу или шахте будет подниматься подъемник, несущий полезный груз. При подъеме груз будет ускоряться за счет вращения Земли, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли.
Что потребуется для создания такого лифта?
В первую очередь, чтобы построить подобный космический лифт, вам понадобится совершенно иной материал, с другими физическими характеристиками, нежели любая из существующих марок стали. Он должен будет обладать большей прочностью на разрыв в сочетании с низкой плотностью (то есть должен быть действительно очень легким).
Если в обычных зданиях проблема веса решается за счет увеличения площади фундамента и утонения диаметра здания с ростом высоты, наиболее хрестоматийный пример — пирамида, а более современный — небоскреб Бурдж-Халифа — самое высокое здание в мире, высотой 828 метра.
Но даже 1 километр — это капля в море для орбитального лифта, да и по классической схеме подобный подъемник построен быть не может. Да и не нужно ему это, ведь на конце троса или шахты, рельс (называйте это сооружение как угодно) будет находиться непосредственно космическая станция, получившая название «противовес».
Противовес подвергается центробежной силе, тянущей его наружу, в открытое космическое пространство, что обусловлено вращением Земли. Поэтому постоянно конструкция будет переживать огромнейшие нагрузки, причем, как считают ученые, нагрузки будут неравномерны, что приведет к необходимости применения конструкции разной толщины.
Вот как это может выглядеть на примере троса:
«Космический лифт должен выдерживать по крайней мере свой вес, весьма немалый из-за длины троса. Утолщение с одной стороны повышает прочность троса, с другой — прибавляет его вес, а следовательно и требуемую прочность. Нагрузка на него будет различаться в разных местах: в одних случаях участок троса должен выдерживать вес сегментов, находящихся ниже, в других — выдерживать центробежную силу, удерживающую верхние части троса на орбите. Для удовлетворения этому условию и для достижения оптимальности троса в каждой его точке толщина его будет непостоянной», Википедия.
При этом спецы с YouTube-канала «Real Engineering» отмечают, что для того чтобы орбитальный лифт оставался на устойчивой круговой орбите, будет необходимо найти точку, в которой центробежная сила и сила тяжести были бы уравновешены, а для этого потребуется рассчитать точно заданную высоту.
Какой длины должен быть трос космического лифта?
Ниже представлена диаграмма для расчета центробежной силы и силы тяжести, где «Ms» — это масса спутника, «ω (омега)» — угловая скорость, «r» — расстояние до центра Земли, «G» — гравитационная постоянная, «mp» — масса Земли.
Путем вычислений получаем ответ на вопрос о точно заданной высоте — она равняется 36 000 км над поверхностью Земли в районе экватора или 42 168 километров от центра Земли, говорится в видео.
Поскольку построить конструкцию высотой около 36 000 км от Земли невозможно, для строительства орбитального лифта был разработан способ протягивания троса от огромного искусственного спутника до поверхности Земли.
Однако если вы протянете трос по направлению к поверхности Земли, центр тяжести сместится и спутник упадет. Следовательно, необходимо удлинить привязь, сохраняя положение центра тяжести, установив противовес на противоположной стороне троса.
По мере того как вы приближаетесь к Земле, гравитация становится сильнее, а центробежная сила ослабевает, поэтому трос, натянутый на поверхность Земли, оказывает сильное воздействие на точку опоры на Земле.
Существуют ли материалы, из которых можно построить сооружение такой высоты?
С другой стороны, по мере того как вы будете приближаться к космическому пространству, гравитация станет ослабевать, а центробежная сила — увеличиваться, поэтому трос, натянутый в невесомости, будет испытывать более высокие нагрузки. В результате этого центральная точка конструкции будет испытывать наибольшие, колоссальные нагрузки на растяжение.
Усилие, воспринимаемое тросом, можно рассчитать по следующей формуле, приведенной в видео, где «G» — гравитационная постоянная, «M» — масса Земли, «ρ (low)» — плотность материала троса, «R» — радиус Земли, «Rg» — радиус стационарной орбиты.
В видео подсчитано, какой из доступных материалов мог бы выдержать эту силу. В качестве примера предлагается стальной трос с плотностью порядка 7900 килограммов на кубический метр, подставляется в значение «ρ», …
Итого после вычислений получается, что максимальное напряжение при натяжении составляет 382 Гига Паскаль. Это в 240 раз выше прочности стали.
Однако материалу с меньшей плотностью, чем у стали, требуется меньшее растягивающее напряжение. Кроме того, трос можно сделать тоньше, поскольку он будет испытывать минимальные силы вблизи поверхности Земли или у противовесов.
Предположим, что самая тонкая часть троса составляет 5 мм.
Далее рассчитаем диаметр самой толстой части. Если используется сталь, диаметр самой толстой части составит 1,76×1054 метра. Поскольку известный размер наблюдаемой Вселенной составляет 8,8×1026 метров, теоретически требуется стальной трос диаметром большей толщины, чем Вселенная. Это означает, что построить лифт с применением стали точно невозможно. Тем не менее даже сегодня существуют другие материалы, гораздо более прочные, но при этом обладающие низкой плотностью.
Итого на сегодняшний момент подсчитано, что толщина троса из композитного материала, например из углеродного волокна, составит 170 метров, а из кевларового волокна — 80 метров, но сделать кевларовое волокно толщиной 80 метров технологически невозможно как с технической, так и с экономической точки зрения.
Таким образом, ответ на вопрос «Существуют ли материалы для создания космического лифта?» однозначный — НЕТ, НЕ СУЩЕСТВУЮТ!
Но это не может быть невозможно в будущем. Уже сегодня есть перспективные наработки, например, одним из таких материалов будущего, которые могли бы вынести на своих плечах столь титанический проект, являются углеродные нанотрубки (УНТ).
Прочность углеродных нанотрубок поразительна: одно из исследований показало, что максимальное растягивающее напряжение достигает 130 гигапаскалей, а плотность составляет всего 1300 килограммов на кубический метр. И, вроде как, японцы на данный момент являются пионерами в проведении разработок в этом направлении. Однако пока остается много инженерных проблем для практического применения углеродных нанотрубок. И об их практическом применении можно будет говорить лишь после очень долгих тестов и доработок.
