CC BY
22УДК 629.76
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ЛИФТА НА НИЗКУЮ ОКОЛОЗЕМНУЮ ОРБИТУ
Андреев Александр Трофимович, ведущий администратор сети, ООО «БИКС+», Улан-Удэ, Республика Бурятия, РФ
Аннотация: В статье делается попытка изменить концепцию реализации идеи «космического лифта» для транспортировки грузов в космос без использования ракет на химическом топливе. Модернизация концепции преследует цель добиться возможности реализации с использованием материалов, доступных на современном уровне развития технологий.
Ключевые слова: космос; орбита; околоземная орбита; геостационарная орбита; космический лифт; полеты в космос.
THE CONCEPT OF CONSTRUCTING A SPACE ELEVATOR FOR LOW EARTH ORBIT
Andreev Aleksandr Trofimovich, leading administrator of network, OOO «BIKS+», Ulan-Ude, Republic of Buryatia, Russia
Summary: The article attempts to change the concept of realizing the idea of a «space elevator» for transporting goods into space without the use of rockets for chemical fuel. Modernization of the concept aims to achieve the possibility of implementation using materials available at the modern level of technology development.
Keywords: space; orbit; Earth orbit; geostationary orbit; space elevator; flights in space.
Введение
Космический лифт (Space Elevator) - гипотетическая концепция инженерного сооружения для доставки грузов в космос без традиционного использования ракет на химическом топливе.
Конструктивно космический лифт состоит из массивной станции, расположенной на геостационарной орбите (далее - ГСО), и опущенного с нее троса на поверхность планеты. Поскольку спутники, находящиеся на ГСО, имеют период обращения, совпадающий с земными сутками, для наблюдателя с поверхности планеты такой спутник как бы «висит» над точкой, расположенной на экваторе Земли. Соответственно,
трос, опущенный с такой станции, будет постоянно находиться в конкретной точке экватора. Теоретически, по этому тросу можно доставлять грузы на космическую станцию без использования ракет. Такой способ предполагает огромную экономию в сравнении с ракетами на химическом топливе, используемыми для космических полетов в настоящее время.
К сожалению, реализация данного проекта наталкивается на отсутствие материалов для изготовления троса с требуемой, чрезвычайно высокой, прочностью на разрыв и низкой удельной плотностью. Высота ГСО над поверхностью Земли равна 35786 км. Со-
ответственно, длина троса должна быть именно такой, и даже длиннее, причем его прочность должна позволять, как минимум, выдерживать собственный вес. На данный момент материалов с подобными характеристиками нет.
В данной работе предлагается создание глобальной орбитальной станции над экватором планеты на низкой орбите с неподвижным, относительно поверхности Земли, корпусом. В случае реализации данного проекта длина троса, спущенного с космической станции, составит от 120 до 150 км. В этом случае характеристиками, необходимыми для обеспечения достаточной прочности, обладают выпускаемые серийно кевларовые тросы.
Предполагается, что создание такой станции принципиально возможно при современном развитии технологий. В то же время, реализация проекта сопряжена с глобальными затратами, а также с огромной сложностью инженерных, технологических задач и с поистине гигантскими энергетическими затратами. Масштабы задач, стоящих при создании данной орбитальной станции, выходят за рамки возможностей любой частной компании в современном мире, и даже за рамки возможностей какой-либо из стран. Тем не менее, теоретически этот проект может быть реализован усилиями человечества в целом уже сейчас.
История развития концепции космического лифта
В настоящее время полеты в космическое пространство осуществляются многоступенчатыми ракетами на химическом топливе.
Ракета на химическом топливе вынуждена тратить энергию от сгорания
топлива на транспортировку самих запасов этого самого топлива. Причем гораздо в большей степени, чем на транспортировку полезной нагрузки. Эффективность подобной транспортной системы остается чрезвычайно низкой.
В то же время приемлемую альтернативу создать крайне трудно. Необходимо достичь первой космической скорости (7 900 м/с) и выйти за границу атмосферы земли. Так как разгон в большой степени осуществляется в разреженных слоях атмосферы и в безвоздушном пространстве, ракета вынуждена, кроме топлива, нести с собой окислитель, что крайне негативно сказывается на эффективности.
В настоящее время разрабатываются проекты более эффективных космических полетов, например, старт ракет с самолета-носителя, оснащенного атмосферными турбореактивными двигателями. В этом случае самолет-носитель осуществляет функции первой ступени традиционных ракет.
Другой концепцией, призванной радикально сократить расходы на осуществление космических полетов, является проект космического лифта (Space Elevator). Впервые эта идея была высказана в 1960 году русским инженером Юрием Николаевичем Арцута-новым в его статье «В космос на электровозе» в воскресном приложении к газете «Комсомольская правда» [1]. В 1979 году опубликован научно-фантастический роман английского писателя Артура Кларка «Фонтаны рая», сюжет которого полностью посвящен строительству космического лифта. В романе автор упоминает о том, что идея принадлежит Ю. Н. Арцутанову.
Как уже упоминалось ранее, идея заключается в выводе на ГСО спутника с очень прочным, легким и длинным тросом. После этого трос спускается к поверхности Земли. В противоположную сторону «выдвигается» противовес, это необходимо сделать для сохранения центра масс на уровне ГСО. При достижении тросом поверхности он фиксируется, в этой точке уже будет построена станция отправки грузов в космос. На следующем этапе сама станция на ГСО смещается по тросу в сторону противовеса.
Тут возникают сложности. Из-за стремления сохранить момент импульса станция, при удалении от центра планеты, неизбежно будет терять угловую скорость. Необходимо будет скомпенсировать эти потери, иначе трос начнет «наматываться» на экватор. Компенсировать придется, по всей видимости, при помощи ракетных двигателей, энергия которых уйдет на дополнительный разгон станции до состояния устойчивого равновесия. В дальнейшем ракетные двигатели малой мощности пригодятся для корректировки положения всей системы.
Чем выше поднимется центр тяжести полученного объекта от ГСО, тем выше натяжение троса, соответственно, вырастает нагрузка на трос. Но, вместе с тем, увеличивается максимальный вес груза, который можно поднимать вверх по тросу. Масса этого груза чуть меньше той, которая требуется для того, чтобы центр масс полученной системы вернулся на уровень ГСО. Таким образом, можно транспортировать груз с поверхности Земли в космос, вплоть до ГСО и даже дальше. С ростом массы станции будут расти, с одной стороны,
грузоподъемность системы, с другой стороны, нагрузка на трос.
По данным сайта Wikipedia.org в США с 2005 года проводятся ежегодные соревнования Space Elevator Games, организованные фондом Spaceward при поддержке NASA [2]. В этих состязаниях существуют две номинации: «лучший трос» и «лучший робот (подъёмник)». В США существует компания Liftport Group, получившая известность благодаря своим заявлениям запустить космический лифт в 2018 году (позднее этот срок был перенесён на 2031 год). В феврале 2012 года строительная корпорация «Обаяши» (Япония) объявила о планах по созданию космического лифта к 2050 году посредством использования углеродных нанотрубок.
Концепция низкоорбитального космического кольца (Space Hoop)
Предлагаемая глобальная орбитальная станция представляет собой сплошное кольцо (обруч), расположенное («висящее») над экватором планеты на высоте от 120 до 130 км от поверхности Земли. Корпус сооружения неподвижен относительно поверхности планеты. Удерживаться сооружение на высоте будет центробежной силой вращающегося внутри корпуса массивного сердечника, который будет разогнан до скорости, намного превышающей первую космическую. Сердечник вращается в тоннеле корпуса удерживаемый магнитным полем без соприкосновения со стенками тоннеля. Корпус и сердечник станции должны иметь возможность свободно увеличивать собственную длину в небольших пределах без возникновения напряжения в конструкции, это необходимое условие
для обеспечения выхода в космос станции. От корпуса на поверхность опустятся канаты. Требуемой прочности на разрыв достаточно у серийно выпускаемых в коммерческих целях канатов из кевлара. Кроме канатов требуется проложить силовые кабели для энергоснабжения станции и кабели передачи данных (оптоволокно). Собственно описание концепции предлагаемого проекта закончено. В ходе дальнейшего повествования, для обозначения кольцевой космической станции будет использоваться термин Space Hoop.
Собирать всю конструкцию предполагается на поверхности планеты на экваторе. При этом максимально избегая нарушений формы идеального кольца. Конечно, сделать сплошную станцию, выдержав на всем протяжении радиус кривизны равным радиусу Земли, не получится. Но, считаю, отклонения допустимы. Важно, чтобы эти отклонения были сведены к минимуму. Экватор пересекает несколько «проблемных» зон, строительство Space Hoop на которых будет весьма затруднено. Это, прежде всего, горный массив Анды в Эквадоре, бассейн реки Амазонка, а также ее устье, в Бразилии, озеро Виктория в Уганде. Радиус кривизны однозначно придется нарушить, особенно сильно именно в Эквадоре при пересечении Анд.
Собирать Space Hoop на континентах и островах придется на некоторой высоте над поверхностью, на опорах, чтобы не препятствовать транспортным средствам, коммуникациям, а также дикой фауне беспрепятственно пересекать экватор. На водных пространствах легче всего выдержать требуемую кривизну поверхности. На мелководье можно со-
оружать опоры на дно моря, то же можно делать при пересечении с озерами. Там, где глубина более 150...200 метров, лучше всего будет собирать конструкцию на поверхности, на плавучих опорах, а после сборки опускать корпус станции на глубину 15.20 метров и на этой глубине обеспечить ей стабильную плавучесть. Тем самым удастся избежать сложностей с выдерживанием линии экватора и наибольшей возможной кривизны во время серьезных климатических событий. Критически важно обеспечить стабильную и наибольшую кривизну полученной конструкции на время разгона. Разгон будет длиться довольно продолжительно время, по крайней мере, несколько месяцев. Полагаю, что данную инженерную задачу можно решить на современном этапе развития технологий.
Необходимо заметить следующее -располагать зону строительства Space Hoop абсолютно точно по линии экватора не обязательно. Предлагаю строить приблизительно на широте 1° в северном полушарии. Принципиально при этом ничего не меняется, зато это даст огромные топологические выгоды. Через горный массив Анды строительство пройдет по менее высоким точкам. Устье реки Амазонка в Бразилии и озеро Виктория в Уганде останутся южнее. Впоследствии конкретное географическое место расположения строительной площадки Space Hoop можно уточнить с точки зрения наибольшей выгоды.
Когда Space Hoop будет выведен в космос, он займет позицию точно над экватором планеты, это место устойчивого равновесия всей системы. Туда же будут спущены канаты для удержания системы и транспортировки грузов, а
также другие коммуникации.
Конструкция Space Hoop состоит из несущего корпуса, выполненного в виде кольца, опоясывающего планету по экватору. Внутри корпуса имеется кольцевой тоннель, в котором расположен массивный сердечник. Сердечник снабжен постоянными магнитами по всей длине. На корпусе, в непосредственной близости от тоннеля, закрепляется система магнитов, создающая поле внутри тоннеля, которое удерживает сердечник во «взвешенном» состоянии, без непосредственного контакта со стенками тоннеля. На корпусе размещаются кольцевые электромагниты, охватывающие тоннель. Расстояние между такими электромагнитами надо будет рассчитать при детальной проработке проекта, на этой же стадии надо проработать конкретную конструкцию тоннеля и сердечника. Эти электромагниты используются для разгона сердечника, причем как на стадии «наземного» разгона, так и в космосе.
После сборки всей конструкции Space Hoop начинается стадия разгона сердечника. На электромагниты подаются импульсы, магнитное поле которых заставит сердечник двигаться внутри тоннеля с ускорением. Ускорение будет очень малым, а затраты электроэнергии высокими. Возможно, на последней стадии сборки конструкции, можно собрать сердечник, уже обладающий некоторой начальной скоростью относительно тоннеля, созданной механическим способом. Вероятно, целесообразно разгонять сердечник механическим способом до достижения некоторой скорости, при которой затрачиваемая энергия станет в значительной степени расходоваться на нагрев
воздуха в тоннеле. С этого момента тоннель следует герметизировать и создать разрежение в нем до наибольшего возможного уровня. Создание разрежения в тоннеле крайне критично, иначе турбулентность, создаваемая движущимся на космических скоростях сердечником, приведет к неконтролируемому нагреву всей конструкции. Это одно из самых критически важных условий создания Space Hoop и вместе с тем одна из самых сложных технических задач. Разгонять сердечник нужно в направлении с запада на восток, в направлении вращения Земли. Разгон займет достаточно много времени, предположительно несколько месяцев, возможно больше года.
Когда скорость движения сердечника внутри тоннеля достигнет уровня 7 435 м/с, сердечник как бы «зависнет» внутри тоннеля, удерживаемый в пространстве центробежной силой. Важно отметить, что первая космическая скорость, это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите. Она равна приблизительно 7 900 м/с. Так как поверхность планеты на экваторе двигается с запада на восток за счет вращения вокруг оси с горизонтальной скоростью около 465 м/с, то сердечник «зависнет» при скорости 7 900 - 465 = 7 435 м/с, относительно корпуса Space Hoop. Дальнейшее увеличение скорости вращения сердечника приведет к созданию подъемной силы, действующей на всю конструкцию Space Hoop.
Когда сердечник разгонится достаточно для того, чтобы генерируемая им подъемная сила компенсировала силу
тяжести всей конструкции, Space Hoop перестанет оказывать давление на опоры. К этому времени на корпус должны быть закреплены фиксирующие канаты и прочие коммуникации, включающие силовые кабели для электромагнитов. Дальнейший разгон сердечника приведет к появлению подъемной силы всей конструкции в вертикальном направлении, удерживать на опорах придется креплениями. Часть Space Hoop, расположенную под поверхностью океанов, придется удерживать дополнительным балластом. При достижении некоторого значения подъемной силы всю конструкцию одновременно нужно снять с креплений (океанскую лишить балласта) и удерживать уже исключительно на тросах.
Необходимо учесть, что действие подъемной силы вполне вероятно будет полностью компенсировано противодействием атмосферного давления, сопротивляющегося увеличению объема разрежения в туннеле сердечника. В таком случае, для обеспечения подъема всей конструкции, необходимо обеспечить принудительное «раздвигание» корпуса Space Hoop при помощи гидравлических систем. Тогда центробежная сила разогнанного сердечника будет оказывать стабилизирующее действие.
Теперь, постепенно и согласовано отпуская тросы, можно начинать подъем Space Hoop на уровень 120.130 км. Если собирать конструкцию не абсолютно точно на экваторе, а на другой близкой широте, то нижние точки крепления тросов надо будет плавно и опять же согласовано перенести на географический экватор планеты. При достижении высоты в 100 км (линия
Кармана) уже не будет необходимости поддерживать искусственное разрежение воздуха в тоннеле сердечника, другими словами, герметичность тоннеля становится необязательным условием. Кроме того снимается необходимость в механической «помощи» для дальнейшего удлинения корпуса Space Hoop.
Высота полученной глобальной космической станции выбрана не случайно. 120 км - это выше сколько-нибудь значимого присутствия атмосферы Земли, так что эта высота однозначно является космосом. Но все же давление там не нулевое. Отсюда два важных, на мой взгляд, следствия. Первое - это ниже орбит всех искусственных спутников Земли, следовательно, позволяет избежать крайне нежелательного контакта с ними. Второе - из-за наличия минимального давления атмосферы эта зона свободна от космического мусора, так как любой объект, орбита которого хотя бы частично располагается в этой области, со временем теряет орбитальную скорость, а вследствие этого высоту, что приводит к сгоранию в более плотных слоях атмосферы.
Вывод станции на высоту 120 км потребует линейного удлинения всей Space Hoop на 2 %, так как 120 км это менее 2 % от радиуса Земли, равного 6 378 км, а длина окружности зависит от радиуса линейно. В конструкции, как корпуса, так и сердечника следует предусмотреть возможность подобного увеличения длины без возникновения напряжения в используемых материалах. Отсутствие напряжений при удлинении корпуса и сердечника также является необходимым условием для «взлета» всей конструкции.
После поднятия Space Hoop на за-
данную высоту можно приступать к эксплуатации станции. По канатам можно доставлять грузы, размещать на корпусе научные приборы, панели солнечных батарей, доставлять детали для сборки искусственных спутников Земли и межпланетных кораблей, роботов-сборщиков или даже космонавтов.
Следует учитывать, что грузоподъемность Space Hoop небезграничная, она определяется скоростью вращения сердечника и соотношением массы сердечника и корпуса со всем доставленным туда грузом. Но скорость сердечника по-прежнему можно наращивать, увеличивая грузоподъемность Space Hoop.
Приблизительный расчет энергетических затрат на вывод в космос Space Hoop
Главный вопрос, на который необходимо найти ответ в первую очередь: хватит ли человечеству сил разогнать сердечник Space Hoop до необходимой скорости. В рамках этой статьи все расчеты придется вести оценочно.
В первую очередь, надо определиться с массой конструкции. Этот параметр принципиально важен, но придется все же прибегнуть к допущениям. Полагаю, что минимальной массой можно считать 200 кг на один метр сердечника и такую же массу корпуса. Соответственно 10 метров сердечника
будут иметь массу 2 тонны, а общий вес всей конструкции 4 тонны на 10 метров. Длина экватора составляет 40 075 696 м. В таком случае примем полную массу сердечника кг. Эту массу и надо разогнать вначале до первой космической скорости равной V = 7 435 м/с. Легко подсчитать кинетическую энергию Т, которую приобретет сердечник после разгона до этой скорости.
T =
MV' ~2
Получается Т = 2,2111017 Дж.
Признаюсь, мне трудно оценить эффективность энергетических затрат на разгон сердечника, полагаю, будет допустимым, предположить значение
КПД на уровне 50 %. Тогда на разгон сердечника до первой космической, а, следовательно, до «потери веса» придется затратить энергию на уровне 4,421017 Дж.
При вращении любого массивного тела, для выполнения условия удержания его на круговой траектории, тело должно испытывать центростремительное ускорение. Сила, удерживающая тело на траектории, выраженная через линейную скорость по окружности при этом равна
^ MV2
F =--
R
Эта же сила, но с положительным знаком, может считаться в нашем случае «подъемной» силой. Если в этой формуле принять массу М = 1 кг и перенести ее в левую часть уравнения, а затем подставить первую космическую скорость и радиус Земли в метрах, то в результате получим как раз значения ускорения свободного падения ~ 9,8 м/с2. Таким образом, с достижением первой космической скорости «подъемная» сила полностью компенсирует силу тяжести.
Для нас важно то, что «подъемная» сила пропорциональна квадрату линейной скорости. Пропорционально этой же величине растет кинетическая энергия сердечника, а, следовательно, и требуемая на разгон энергия.
Получается, что для достижения «подъемной» силы, способной оторвать Space Hoop от Земли, придется затратить энергию в количестве 8,84 1017 Дж. Следует заметить, что при расчете кинетической энергии вращающегося сердечника до достижения первой космической скорости мной учтена была
скорость вращения самой поверхности планеты. При расчете затрат энергии на подъем всей конструкции следует учитывать ее немного по-другому, вычитая скорость вращения поверхности планеты уже из результирующей скорости сердечника. Итак, внеся поправки, получаем: 9,21017 Дж. Стоит заметить, что для подъема всей конструкции скорость сердечника должна достигнуть ровно второй космической скорости 11 170 м/с.
Приведем эту энергию к величине кВт/ч, в которой традиционно рассчитываются величины производства и потребления электроэнергии. Получаем 255,6 млрд кВт/ч.
Много это или мало? Однозначно много, это гигантское число. Но все познается в сравнении. В 2015 году компания British Petroleum опубликовала оценки статистического обзора мировой энергетики о производстве электроэнергии странами мира в 2014 году
[3].
В целом за 2014 год в мире было произведено 23 536,5 млрд кВт/ч. Это превышает нашу оценку потребной энергии для запуска Space Hoop в 92 раза или, другими словами, для осуществления запуска нам потребуется чуть более 1 % от всей произведенной в 2014 году энергии в мире. Для лидера в производстве электроэнергии среди всех стран - Китайской Народной Республики, производство которой составило 5 649,5 млрд кВт/ч, те же оценки выглядят следующим образом: 22 раза и 4,5 %, для США - 4 297 млрд кВт/ч, 17 раз и 6 %, для России - 1 064 млрд кВт/ч, 4,2 раза и 24 %.
Такая гидроэлектростанция, как дамба Гувера на реке Колорадо, при ее
максимальной мощности в 2 070 МВт, если бы работала только на Space Hoop, смогла бы в одиночку осуществить запуск за 14 лет.
Цифры впечатляющие, но отнюдь не фантастиче ские.
Преимущества концепции Space Hoop перед концепцией Space Elevator
Самое главное достоинство проекта Space Hoop принципиальная возможность создания при современном уровне развития технологий. Конечно, само создание потребует колоссальных затрат ресурсов, вызовет множество проблем экономического, политического, социального, экологического характера, вплоть до морально-этических проблем. Но принципиальных, критических проблем, на мой взгляд, нет.
Space Hoop откроет дорогу в ближний космос широким слоям человечества, это экономичный способ проникновения за границу атмосферы Земли. Станция - отличная площадка для размещения научно-исследовательской аппаратуры, сборки аппаратов для орбитальных или межпланетных полетов, в том числе пилотируемых.
На Space Hoop возможно создание постоянных поселений. Причем, там нет препятствий, как для кратковременных визитов, так и для длительного пребывания. Надо не забывать о двух аспектах, первое - на станции действует нормальная гравитация, второе - для создания поселений грузоподъемность нужно серьезно увеличить, сильнее разгоняя сердечник. Space Hoop защищен от потоков ионов магнитосферой Земли, но не защищен от ультрафиолетового излучения, так как озоновый
слой атмосферы далеко внизу, это необходимо будет учитывать при организации постоянных поселений на станции.
Недостатки концепции Space Hoop перед концепцией Space Elevator
Вызывает опасение глобальная безопасность станции. Вращающийся в тоннеле с огромной скоростью сердечник необходимо строго удерживать в центре в магнитных полях. Соприкосновение сердечника со стенками тоннеля недопустимо нигде, на протяжении всего тоннеля. Последствия будут катастрофичны в целом для всей станции, это приведет к практически мгновенному разрушению. При таком сценарии куски сердечника просто удалятся за пределы гравитационного поля планеты, а вот остатки корпуса рухнут на поверхность с высоты 120 км. Обеспечение условий вращения сердечника в магнитном поле тоннеля - главный аспект обеспечения безопасности всей конструкции.
На Space Hoop действует нормальная гравитация. Все, что упало, реально падает вниз. Необходимо строго следовать правилам безопасного производства работ на высоте. Но человечество этому уже научилось при возведении высотных сооружений.
Сердечник, несущий постоянные магниты и вращающийся с космическими скоростями, - источник сильных электромагнитных полей. Вероятно, это радиодиапазон низких частот от 5 до 30 кГц. Необходимо будет предусмотреть средства экранирования.
Существенный, весьма серьезный недостаток Space Hoop в сравнении с Space Elevator, - это то, что на уровне станции не будет достигнута первая
космическая скорость. В случае достижения ГСО на классическом космическом лифте, на этом уровне груз уже будет обладать первой космической скоростью, а если продолжит путешествие к противовесу, то и больше. Таким образом, космический корабль, если он собрался «бороздить просторы вселенной», достигнет ГСО на космическом лифте и отсоединится от станции, то он выйдет на орбиту вокруг Земли. Для того, чтоб покинуть гравитационное поле Земли на уровне ГСО, нужно дополнительно набрать еще ~ 1 275 м/с. Это значительно более простая задача в сравнении с ~ 10 700 м/с с корпуса Space Hoop. Старт космического аппарата с низкоорбитальной станции от старта с поверхности планеты отличаться будет разве что отсутствием атмосферы. Впрочем, это уже не мало.
Примеры и проблемы использования Space Hoop
О некоторых особенностях эксплуатации Space Hoop я уже упоминал выше. Еще раз повторю некоторые моменты. Это нормальная гравитация на станции. Это критически важная задача удержания вращающегося сердечника в магнитном поле тоннеля. При этом не надо забывать о том, что магнитное поле должно выполнять несущую функцию всей массы станции на вращающемся сердечнике, поскольку именно он создает «подъемную» силу. Отсюда ограниченность грузоподъемности станции. Кроме того, необходимо как можно аккуратнее распределять нагрузку по всей длине станции. «Недогруженные» участки можно компенсировать силой натяжения удерживающих канатов, а вот «перегрузку»
допускать нельзя. Следить за перегрузкой можно по степени натяжения тросов, нельзя допускать «провисаний».
Для запуска межпланетных аппаратов, надеюсь, можно будет построить ускоритель на электромагнитах вдоль всего корпуса Space Hoop. Тогда появится возможность разгона аппаратов до нужной скорости, используя электроэнергию, а не химическое топливо, что, несомненно, экономичнее. Но это уже отдельный инженерный проект. Над этим можно поработать в будущем. Этот проект будет крайне важен, как одна из самых актуальных функций станции Space Hoop, оправдывающих затраты на ее создание.
Использование станции в качестве средства связи и навигации не представляется возможным. Так как весьма сильно будет ограничена прямая видимость корпуса станции с поверхности Земли. Небольшой тригонометрический расчет показывает, что при высоте «зависания» станции в 120 км, видна она будет на расстоянии всего в 175 км в обе стороны от экватора.
Наземные и плавучие конструкции останутся на поверхности Земли. Они вполне могут использоваться для повторных запусков. Допустим, второй (вполне вероятно, что и самый первый) Space Hoop может быть использован для сбора космического мусора с околоземных орбит. Для этого такой «сборщик мусора (Garbage collector)» должен быть поднят значительно выше 120 км над поверхностью. Методы сбора мусора и проблемы избегания столкновений с эксплуатируемыми космическими аппаратами нужно проектировать отдельно. Орбита любого спутника Земли пересекает плоскость
экватора планеты. Это обстоятельство гарантирует высокую эффективность «сборщика мусора», но и однозначно приводит к проблеме сохранения действующих космических аппаратов в неприкосновенности.
В более далеком будущем, если на орбиту будут выведены несколько Space Hoop, можно будет объединять корпуса, вертикально, горизонтально, впритык, на длинных перемычках, как вздумается. После объединения нескольких корпусов горизонтально, на некотором расстоянии между ними, можно подумать о целесообразности придания жесткости всей конструкции. Это увеличит степень безопасности эксплуатации.
При возникновении необходимости Space Hoop можно опускать. Для ремонта или в целях осуществления некоторых проектов, требующих производства работ на всей длине корпуса. Кроме того, можно опускать частично, некоторые сегменты, выдерживая максимально возможный радиус кривизны всей конструкции. Основная сложность при этом - обеспечение герметичности опускаемого тоннеля.
После появления материалов, реально подходящих для осуществления проекта космического лифта, Space Hoop можно использовать для доставки
станции на ГСО. При этом надо будет придумать, как без напряжений удлинять корпус и тоннель, уже в безвоздушном пространстве, в несколько раз. Если быть точным, то в 5,5 раз. Можно использовать что-то вроде телескопического корпуса и сегментированного сердечника. На таком корпусе можно будет вывести на ГСО системы связи нового поколения.
Ну и в заключении стоит упомянуть космический туризм. Стоимость подобного мероприятия Space Hoop понижает на несколько порядков. Космос станет доступен практически каждому.
Заключение
В статье изложена концепция построения глобальной космической станции на низкой околоземной орбите с неподвижным, относительно поверхности Земли корпусом. Данная станция обеспечит возможность транспортировки грузов в ближний космос без использования ракет на химическом топливе. Экономическая эффективность такого способа доставки грузов на околоземную орбиту во много раз превышает традиционную, кроме того, является экологически чистой. Полагаю, что Space Hoop может стать первым и самым важной шагом на пути колонизации Солнечной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арцутанов Ю. В космос на электровозе [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// epizodsspace.no-ip.org/bibl/k-p/1960/artsutanov.html.
2. Космический лифт [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Космический_лифт.
3. Список стран по производству электроэнергии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_стран_по_производству_электроэнергии.
REFERENCES
1. Artsutanov Yu. V kosmos na elektrovoze [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa: http:// epizodsspace.no-ip.org/bibl/k-p/1960/artsutanov.html.
2. Kosmicheskiy lift [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Kosmicheskiy_lift.
3. Spisok stran po proizvodstvu elektroenergii [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa: https:// ru.wikipedia.org/wiki/Spisok_stran_po_proizvodstvu_elektroenergii.
Материал поступил в редакцию 05.04.2017 © Андреев А. Т., 2017
