Лифт к небесам: Первые кирпичики Стройки Века
© Дмитрий Тарабанов, 2004

…and she's buying a stairway to heaven.
Led Zeppelin

Канатная дорога 

Вот, оказывается, какой длинной должна быть наша “веревка” в Космос – пятьдесят, а то и шестьдесят тысяч километров!.. Но если это будет сделано, возникнет прямая канатная дорога с Земли в Космос!
Юрий Арцутанов, “В космос на электровозе”, 1960 год.

Лифт для обитателя квартиры в многоэтажном доме – вещь привычная. Нагруженные сумками и вымотанные напряженным днем жильцы ударяют прожженную сигаретой кнопку и несколько секунд ждут, пока старый добрый друг придет к ним на выручку. С лязганьем двери откроются, обдав приятным запахом пластика, приглашая ступить на борт общедоступного транспортного средства с вертикальным взлетом. Красота! Если бы по тротуарам еще забегали самодвижущиеся дорожки, а на крыши садились почтовые вертолеты - мы бы вплотную приблизились к идеалу коммунистического градостроения, живо показанному в мире “Полдня”...

Но так уж повелось, что не заставшие времена репрессий умельцы время от времени вырезают на металлолом главную часть лифта - медный трос. И ни в чем не повинные жильцы карабкаются вверх по крутой лестнице, с грустью ощущая себя если не сизифами, то уж наверняка сотрудниками НАСА.

Почему НАСА? Да потому что запуск каждой новой ракеты похож на восхождение по длиннющей лестнице с осклизлыми ступеньками. На таком чуде навернуться несложно, да и содержание его влетает американским налогоплательщикам в копейку. Суммы, затраченные на космические исследования, давным-давно перешли в разряд астрономических величин, а поднятие на орбиту одного килограмма полезного груза забирает из государственной казны в среднем $25000. Темпы сгорания денег велики. Ведь для восхождения мы, по сути, запрягаем реактивных вьючных животных, несправедливо позабыв о таких полезных изобретениях, как колесо, рычаг и блок, не раз выручавших человечество в прошлом. Ну и уж наверняка позабыли про лифт, примелькавшееся чудо повседневной жизни.

Вполне объяснимо, почему в эпоху космических гонок идея Юрия Валерьевича Арцутанова осталась никем не замеченной. А ведь еще в 1960 году ленинградский ученый опубликовал в “Комсомольской правде” статью “В космос – на электровозе”, в которой изложил уникальную концепцию геосинхронного космического лифта. Не употреби Кларк имя Арцутанова в романе “Фонтаны рая”, мы бы, наверное, никогда не узнали, что фундамент грядущей Стройки Века заложил наш с вами соотечественник.

Cейчас, когда нефтяная платформа в Атлантическом океане обрастает гипотетическими строительными лесами, готовясь превратиться в порт для самого дерзкого транспортного средства, мы с удовольствием разворошим архивы почти полувековой давности, чтобы увидеть, с чего все начиналось...

А начиналось все с примитивной пращи – куска шпагата с привязанным к одному из его концов камнем. В детстве мы не раз вращали подобное “изобретение”, наводя страх на взрослых и наглядно демонстрируя действие центробежной силы, под влиянием которой камень стремился дословно выполнить приказание “Брось немедленно, иначе кому-то в глаз попадет!”.

Арцутанов предложил закрепить один конец такой “веревки” на земном экваторе, а ко второму концу, находящемуся далеко за пределами планетной атмосферы, - подвесить уравновешивающий массу «пращи» груз. При достаточной длине “веревки” центробежная сила превысила бы силу притяжения и не позволила грузу упасть на Землю. Из приведенных Арцутановым расчетов, следует, что сила притяжения и центробежная сила оказываются равны на высоте около 42 000  километров. Равная нулю равнодействующая этих сил надежно закрепляет «камень» в зените.

Инженер-конструктор, разрешите доложить: канатная дорога в космос проложена! Теперь герметичные фуникулерчики и электровозы побегут по “переплетениям ажурных нитей” вертикально вверх – к орбите. Плавное наращивание скорости и плавное же торможение помогут избежать перегрузок, характерных для отрыва ракеты. После нескольких часов путешествия со скоростью 10-20 километров в секунду, последует первая остановка - в точке равноденствия сил, где раскинувшаяся в невесомости перевалочная станция откроет гостям двери молочных баров, ресторанчиков, комнат отдыха – и замечательный вид на Землю из иллюминаторов Колеса Обозрения.

После остановки электровоз-фуникулер не только сможет двигаться без затрат энергии, так как его будет отбрасывать от Земли центробежная сила, - но и, вдобавок, генерировать двигателем, переключенным в режим динамо-машины, необходимое для возвращения электричество.

Вторую – и конечную - остановку предлагалось сделать на расстоянии 60 000 километров от Земли, где равнодействующая сил сравняется с силой тяжести на земной поверхности, и позволит создать на “конечной станции” искусственную гравитацию. Здесь же, на краю длиннейшей канатной дороги будет располагаться настоящий орбитальный космодром. Он, как и полагается праще, станет разбрасывать по Солнечной системе космические корабли, придавая им солидную скорость и назначая напрямую зависящую от времени суток траекторию.

Возможность попадания снарядов такой пращи в глаза окружающих – из-за несопоставимых размеров исключается. 

Вавилонская башня

 - Гуляя  в  ясную ночь, - продолжал Морган, - вы  видите привычное чудо нашего века - звезды, которые не восходят и не заходят, а неподвижно стоят в небе. Уже наши деды привыкли к синхронным спутникам и синхронным космическим станциям, которые вечно висят над экватором над одним и тем же местом земной поверхности. Вопрос, который поставил перед собой Арцутанов, отличался детской непосредственностью, свойственной истинным гениям. Если бы такая мысль пришла в голову просто умному человеку, он тут же отбросил бы ее как величайшую нелепость.
Артур Кларк, “Фонтаны рая”, 1978 год.

В предисловии к отечественному “изданию с продолжением” романа (журнал “Техника – молодежи”, 1980) Кларк с горестью признал, что в 1964 году неразумно отбросил посетившую его идею космического лифта из-за собственных же... консервативных взглядов. Произведенные им на обороте старого конверта расчеты основывались на характеристиках известных в те времена материалов, поэтому полученные неутешительные результаты заставили фантаста отнестись к затее скептически. “Окажись под рукой  конверт побольше, - жалел позднее Кларк, - я, возможно,  опередил бы всех, исключая, конечно, самого Арцутанова”.

А заслуга ленинградского ученого состояла как раз в том, что он не стал останавливаться на существующих в 1960 году технологиях, и разбавил научно-популярную статью откровенно метафизическими домыслами, которым много лет спустя суждено было обрести наукообразную формулировку.

Не желая ограничиваться примитивным канатом, Юрий Арцутанов навешал на него гелиоэлектростанций, перерабатывающих солнечную энергию в электрический ток, и соленоидов, генерирующих электромагнитное поле. В этом поле подобно снаряду так и не пристрелянной экспериментальной пушки, должен двигаться пресловутый электровоз.

Теперь попробуем оценить вес такого магнитодорожного полотна, учитывая протяженность в 60 000 километров... Сколько получается - сотни миллионов тонн? Гораздо больше. Не одна тысяча вьючных ракет потребуется, чтобы отбуксировать эту тяжесть к орбите! Это дает нам полное право маркировать миссию грифом “невыполнимо”.

Однако ученый подкинул нам верную идею: лифт не обязательно строить снизу вверх, как огромную циклопическую башню – достаточно запустить на геостационарную орбиту искусственный спутник, с которого будет спущена первая нить. В сечении эта нить окажется тоньше человеческого волоса, так чтобы вес ее не превосходил тысячу тонн, - вполне оптимистичная цифра, если вспомнить, сколько стоит один такой килограмм. После того, как свободный конец нити закрепят на земной поверхности, сверху вниз по нити побежит “паук” – легкое устройство, плетущее вторую, параллельную нить. “Паук” будет работать до тех пор, пока канат не станет достаточно толстым, чтобы выдержать электровоз, электромагнитное полотно, гелиоэлектростанции и молочные бары.

К точно такому же решению пришел в середине романа Артура Кларка  главный герой “Фонтанов Рая”, - архитектор Венневар Морган, замеченный ранее при постройке Гибралтарского моста. Гигантомания последней стройки (общая протяженность дорожного полотна составила несколько километров) сыграла с инженером злую шутку, и он чуть было не начал строительство шестисоткилометровой “башни”, как принято у современных строителей, – с фундамента. Однако полоса бюрократических и религиозных препятствий, неожиданно выросшая на пути к строительной площадке, не позволила Моргану совершить фатальную ошибку, каких до него было совершено как минимум три

Роман чрезвычайно своеобразен. Он не похож на прочие пафосные “эпопеи одной стройки”, коих наплодили немало и в Советском Союзе, и за рубежом. Есть в нем что-то болезненно щемящее, сходное с мироощущением простых рабочих БАМа, и созвучное с написанным намного позже романом Андрея Лазарчука “Мост Ватерлоо”. Потому что возведение “орбитальной башни” - это не самоцель, а идейный стержень, вокруг которого оборачивается все человечество, а с приходом инопланетного корабля – вся Вселенная.

Интересна деталь, ускользнувшая от моего внимания при подготовке материала о жанре альтернативной географии. Артуру Кларку пришлось сдвинуть остров Шри-Ланку почти на десять градусов южнее, чтобы остров переместился на экватор, и орбитальная башня попала в зенит. Спросите, зачем такие сложности, если можно было расположить отправную станцию в экваториальной зоне Африки или Южной Америки. Писатель видит три причины такого смещения.

Первую причину мы можем найти в тексте: над экватором существуют всего две точки (над океаном и Шри-Ланкой соответственно), в которых лифт будет геосинхронно устойчив. Вторая причина куда любопытней: в 1968 году на венской конвенции “Мирное использование космоса” космонавт Алексей Леонов подарил писателю альбом своих картин, в котором на одной из репродукций изображался космический лифт, висящий прямо над Шри-Ланкой. Как известно, именно там вот уже сорок лет живет Артур Кларк, и в каждом своем интервью не забывает восхищаться красотой чайного острова. Отсюда происходит и третья причина: Кларк использовал древнюю культуру острова, как колоритный предостерегающий фон (безумие Калидаса, возводящего Фонтаны Рая) и первый из многочисленных художественных планов романа. Ведь, чтобы построить лифт, инженеру приходится стереть с лица священных земель древний Храм.

Принципиально новое слово, сказанное Кларком, - это слово не ученого, но фантаста, и этим оно дорого. Кларк предложил использовать мономолекулярные нити, которые, как завещал Арцутанов, “тоньше человеческого волоса”, гораздо легче и прочнее любого известного науке материала. Чтобы заставить правительство уничтожить культурный памятник и построить на его месте станцию “Земля”, Морган опускает с небес мононить, являя ошеломленным монахам в оранжевых тогах пришествие “человека в скафандре”. Дальше, как и положено. Первый подъем. Первый спуск. Первый обрыв...

Но нитью дело не ограничивается. К космическому противовесу сгоняются метеориты с высоким содержанием углерода, из которых доплетается нить. Железные примеси используются для увеличения массы противовеса. Потом вокруг нити строится четрехполосное скоростное “шоссе” в виде полых цилиндров, которое тщательно предохраняется от механических повреждений оснащенными лазерными излучателями спутниками. Орбитальные атомные генераторы питают возносящиеся кабинки током, а опускающиеся работают в тормозном режиме, потому весь полученный ими ток возвращается в систему.

На вопрос “Когда же человечество построит космический лифт?” Кларк совершенно серьезно ответил: “Через 50 лет после того, как все перестанут смеяться”.

Надеюсь, вы читаете эти строки с невыразительным каменным лицом.

Конвейерная лента

Авторы ранних публикаций активно работали над физикой космического лифта и обсуждали возможные варианты кабеля. Но даже в последние годы постройка космического лифта представлялась сомнительным мероприятием. Причиной столь пессимистического отношения явилось отсутствие материала, достаточно прочного для создания кабеля. Сталь, кевлар,  углеродные волокна, кристаллическая паутина или любой другой широко используемый десять лет назад материал для этих целей не подошел бы. Однако все изменилось в 1991 году с изобретением углеродных нанотрубок.
Брэдли К. Эдвардс, Эрик Уэстлинг, “Космический лифт”, 2001 год.

Итак, как заверяют нас представители космолифтостроительной компании LiftPort Group, орбитальный геосинхронный лифт будет построен в ближайшие пятнадцать лет. Ученые из Института Перспективных Разработок НАСА (NIAC) в свою очередь утверждают, что ничего неосуществимого в проекте 2001 года нет, и строительство лифта – всего лишь дело техники. Потому, не особо дожидаясь прекращения истерического хохота со стороны общественности, организаторы Стройки XXI Века стартовали.

Как завещал Брэдли Эдвардс, имя которого увенчивает почетный ряд посвятивших себя конструированию лифта Арцутанова, Полякова, Пирсона, Кларка, строительство столь грандиозного сооружения было невозможно по причине отсутствия той самой мономолекулярной нити, что была бы в сечении “тоньше человеческого волоса”. Уже сейчас такие нити можно свободно приобрести в Интернете по приемлемым ценам НАСА – 500 долларов за грамм. Лидирующая фирма Carbon Nonotechnologies Inc. заявила о своем участии в проекте, и именно они создадут ленту, которая проляжет над пропастью в 60 000 километров.

Для начала будет создана затравочная лента шириной 20 сантиметров, длинной 100 000 километров и весом в 990 килограммов, сплетенная из углеродных волокон, и потому такая же тонкая. На геосинхронную орбиту груз массой почти тонну (считаем в уме по известной нам квоте!) будет доставлен при помощи четырех ракет и магнитодинамической плазменной верхней ступени. Свободный конец затравочной ленты будет опущен в атмосферу, после чего его закрепят на наводной платформе в экваториальных водах Тихого океана. Снизу вверх по затравочной ленте побежит “паук” (climber), который понемногу будет наращивать ширину ленты из имеющегося на его борту карбонового запаса. После двух лет и пяти месяцев непрерывной работы “пауков” лента станет достаточно прочной, чтобы выдержать повреждения, наносимые атомарным кислородом и метеоритами в верхних слоях атмосферы, - и вес “паука” погабаритней – той самой лифтовой кабинки грузоподъемностью – ни много ни мало - 20 тонн!

При такой грузоподъемности надобность в ракетах практически отпадет. При минимальных затратах энергии и сил сотрудников НАСА “карго-клаймбер” сможет регулярно совершать рейсы на орбиту, выводя туда полезный груз для постройки орбитальных станций, звездных кораблей – и новых космических лифтов, способных выводить на орбиту еще большие тяжести. Себестоимость поднятия 1 килограмма на высоту 53 800 километров по самым оптимистическим расчетам обещает составить всего 5 долларов. За десятилетний срок эксплуатации космический лифт окупит те 7-10 миллиардов долларов, которые потребуются для воплощения его проекта, а такая финансовая отдача привлечет еще большее число инвесторов.

В какой-то мере фантастически решается проблема снабжения двигателя подъемника электричеством. Никаких проводов, само собой не будет. Батареек и аккумуляторов – тоже, так как мощность “карго клаймбера”, в зависимости от массы груза, будет варьировать в границах от 100 киловатт до 2,4 мегаватт, а затолкать столько энергии в литиевые или твердотопливные элементы невозможно. Развесистые зеркала гелиоэлектростанций Арцутанова и атомные реакторы Кларка так же бессильны, потому что не решают проблему проводников. Как вариант возможно вплетение в углеродную ленту электропроводящих материалов, но это влечет за собой много неудобств.

На выручку лифту пришла система лучевой передачи энергии на базе красного свободно-электронного лазера, работающего в диапазоне 0,84 микрона, диаметр источника и линз которого составляет 13 миллиметров. Луч такого лазера сможет покрывать многокилометровое расстояние, практически не рассеиваясь в атмосфере. Роль приемника, в свою очередь, будет выполнять фоточувствительная пластина в нижней части “клаймбера”, эффективность поглощения излучения которой очень высока и составляет целых 80%. Как бы не двигался лифт, он всегда будет находиться в “зоне действия сети”, что редко может гарантировать своим абонентам даже самый авторитетный оператор мобильной связи.

И “пауки”, и кабинки грузового лифта смогут передвигаться по тонкой композитной ленте при помощи зажимающих ее с двух сторон колесных гусениц. Такая конструкция призвана обеспечить и надежность захвата, и большую скорость подъема. Сам “клаймбер” смоделирован так, что две его части уравновешивают друг друга, сводя к минимуму вероятность крена.

Однако суть лифта – это, конечно, чудесная углеродная лента. Невозможность прийти к столь гибкому и легкому решению мучила и Арцутанова, и Кларка, заставляя их изобретать электромагнитные полотна для электровозов и громоздкие орбитальные башни, недалеко ушедшие от той самой, Вавилонской. Если все будет сделано правильно, и заинтересованные в космических программах страны объединятся с единой мирной целью – проложить скоростную дорогу в космос, - то все получится как нельзя лучше. Кстати, первый старт лифта уже намечен на 12 апреля 2018 года!

Именно тогда потеряет смысл необходимость карабкаться по осклизлым ступенькам, а лифты, как гигантские грибы после экваториального дождя, один за другим вырастут вдоль рассекающей Землю воображаемой линии – и понесут человечество на орбиту, чтобы потом исполинскими пращами разбросать по Вселенной...

Только не говорите, что вы все еще пользуетесь лестницами!


Материал впервые опубликован в журнале "Мир фантастики" (сентябрь, 2004, №9).