100 великих достижений в мире техники

Людям не сидится на одном месте, пожалуй, с самого зарождения человечества. Они то и дело ходят, ездят, плавают, летают… И изобрели для ускорения передвижения множество транспортных средств, многие из которых представляют собой настоящее техническое чудо.

Космический лифт

Обычно бывает так. Фантасты высказывают какую-то идею, а инженеры затем пытаются ее осуществить. В данном же случае все обстоит как раз наоборот: фантасты не поспевают за фантазиями инженеров. Судите сами…

Две силы действуют воедино. В июле 1960 года «Комсомольская правда» опубликовала статью ленинградского инженера Юрия Арцутанова «В космос на электровозе». Именно в ней впервые рассказывалось о принципе действия внеземного подъемника. Потом идею подхватили другие специалисты, а всем известный английский писатель-фантаст Артур Кларк подробно описал ее в своем романе «Фонтаны рая».

Внешне все выглядит вроде бы просто. Главный элемент подъемника – трос, один конец которого крепится на поверхности Земли, другой – теряется в далеком космосе на высоте около 100 тыс. км (это примерно четверть расстояния до Луны). Причем, несмотря на то что второй конец троса может быть попросту оставлен в пространстве, он будет натянут, как струна.

Вся хитрость в том, что, подчиняясь законам физики, трос этот окажется под воздействием двух могучих разнонаправленных сил.

Чтобы понять их природу, вспомним такой опыт. Привяжите к бечевке какой-нибудь предмет и начинайте раскручивать его. Как только предмет приобретет некую скорость, веревка тут же натянется. Почему? Да потому, что на предмет действует центробежная сила. А на саму веревку – сила центростремительная, которая и натягивает ее.

Нечто подобное произойдет и с поднятым в космос тросом. Любой объект на его верхнем конце или даже сам свободный конец будет вращаться, подобно искусственному спутнику нашей планеты. Стало быть, на этот конец будет действовать центробежная сила. Одновременно на тот же трос будет действовать и противоположная сила – земного притяжения. И тем ощутимее, чем ближе его нижний конец находится к Земле. А чем дальше в космос, тем, наоборот, энергичнее проявляется центробежный фактор. При определенных условиях две противоположные силы уравновешивают друг друга. Происходит это, когда центр массы гигантского каната находится на высоте 36 тыс. км, на так называемой геостационарной орбите.

Космический лифт

Находящиеся там спутники висят неподвижно над Землей, совершая вместе с ней полный оборот за 24 часа. Вот из этой как бы срединной точки лифтовый канат и должен идти вниз и примерно на такое же расстояние в противоположную сторону. Тогда он будет постоянно занимать строго определенное положение – перпендикулярно земному горизонту, точно по направлению к центру нашей планеты. Используя эту рукотворную вертикаль, можно отправлять кабины в космос и опускать их на Землю.

Трос из углерода? Именно этот способ путешествия в космос и был описан в романе Артура Кларка, вышедшем в свет в 1978 году. Идея Арцутанова таким образом приобрела всемирную известность. Вот только воплотить в жизнь ее почему-то никто не торопился. А все потому, что в схеме есть одно слабое звено. Неизвестно, на чем подвешивать кабину космического лифта. Если использовать обычный стальной трос, то простейший расчет показывал: он порвется под воздействием собственной тяжести уже при длине 50 км.

Артур Кларк в своем романе предложил заменить сталь на легкий и очень прочный кевлар. Однако, во-первых, где взять такое количество дефицитного и достаточно дорогого материала? А во-вторых, и в главных, даже при изобилии кевлара длину каната можно увеличить лишь на сотню-другую километров. На большее и прочности кевлара не хватает…

Это, кстати, понимал и сам писатель. А потому придумал некий сверхпрочный «псевдоодномерный алмазный кристалл», который и стал основным строительным материалом. Один из героев романа, инженер Морган, поясняет, что такой кристалл не есть абсолютно чистый углерод, «тут есть дозированные микровключения некоторых элементов». И добавляет, что производство таких кристаллов возможно только в невесомости, где нет тяжести, нарушающей кристаллическую решетку.

Самое интересное, что Кларк почти угадал. Нынешний этап интереса к проекту строительства космического лифта связан именно с углеродными кристаллами, хотя и несколько иного вида.

В 1991 году японский инженер Сумио Иишима, исследуя графитовую сажу, открыл удивительную разновидность углерода – так называемые углеродные нанотрубки. Это микроскопические, неразличимые невооруженным глазом пленочки графита, свернутые в виде крохотных цилиндров.