"Техника-молодежи" 1959 г №4, с.29-30, обл.4

„ЛИФТ" В КОСМОС Г. ПОКРОВСКИЙ, профессор, доктор технических наук

Если со временем окажется возможным построить башню высотою около 100 км, то человек получит самый простой, так сказать, постоянно действующий путь, вернее «тоннель» в космическое пространство. На такой высоте давление воздуха составляет не более одной миллионной доли от давления у поверхности Земли. Такое небольшое давление практически равноценно полному вакууму, необходимому при проведении многих ответственных физических экспериментов, который в обычных условиях достигается с большим трудом и в ряде случаев сильно ограничивает темпы и самые возможности экспериментирования. На огромной высоте все эти трудности отпадают сами собой.

Отсутствие более плотного воздуха на большой высоте не будет мешать работе самых мощных астрономических инструментов. Установив на вершине башни высотою более 100 км соответствующий астрономический прибор, можно было бы с огромной точностью наблюдать мельчайшие детали на поверхности Луны и даже Марса. Если на эти небесные тела будут направлены космические корабли, то можно наблюдать их спуск и ряд других важных деталей.

С такой высокой башни очень удобно следить за рентгеновскими лучами, испускаемыми Солнцем и звездами, и изучать космическое излучение в его первоначальном, неискаженном виде. Там же можно исследовать электрические и магнитные явления в космическом пространстве, действие ударов микрометеоритов и многое другое.

ТРУДНО, НО ВОЗМОЖНО

Однако при изложенной постановке задачи возникают обычно самые простые возражения, вытекающие из общепризнанных законов строительной механики. Дело в том, что прочность любого материала ограничена. Из чего бы ни строить высокую башню, все равно рано или поздно будет достигнута такая нагрузка в нижней части башни, что она начнет разрушаться.

Можно, правда, сделать башню такой формы, чтобы диаметр ее убывал в геометрической прогрессии при росте высоты в арифметической прогрессии, применив какой-либо весьма прочный и легкий материал.

Допустив, что этот материал выдерживает давление в 1 000 кг/см² или 10 тыс. т на квадратный метр, посмотрим, какая получилась бы башня, если бы на высоте, например, 105 км мы захотели получить площадку диаметром 10 м.

На высоте 90 км, то есть на 15 км ниже, башня имела бы диаметр 20 м, на высоте 15 км — 640 м и на поверхности Земли — 1 280 м. Получилась бы такая тонкая (по сравнению со своей высотой) башня, что она не смогла бы быть устойчивой и, как показывает расчет, рухнула бы при своем возведении в результате потери устойчивости.

Кроме этого, для такой башни не нашлось бы подходящего основания, потому что даже скалистый грунт не выдержал бы того давления, которое передавала бы ему башня.

Короче говоря, башню в 100 км высоты обычным способом построить невозможно. Необходимо найти новое средство, качественно отличающееся от всего того, на чем основывалась строительная техника многих тысячелетий.

Впрочем, есть одно средство, которое отнюдь уже нельзя назвать новым. О нем автору этой статьи пришлось писать в юбилейном номере журнала «Техника — молодежи», посвященном X съезду ВЛКСМ (1936 год). Речь идет об архитектуре тонких пленок, об архитектуре, которую можно также назвать «аэростатической» или «газовой».

Представим себе, например, трубу из тонкой пленки, закрытую с обоих концов. Заполним трубу каким-либо газом, существенно более легким, чем воздух. При таких условиях труба превратится в аэростат и будет стремиться подняться вверх. Если один из концов трубы загрузить балластом, то он останется внизу, слегка опираясь на землю. Противоположный конец поднимется вверх, и у нас получится башня соответствующей высоты. Для монтажа этой башни не нужно ни кранов, ни монтажников-верхолазов, достаточно раскатать на земле трубу из такой пленки и заполнить ее из соответствующих баллонов водородом или гелием.

Чтобы башня была устойчивой при сильном ветре, ее можно укрепить системой тросов.

Башня такого устройства не может считаться наиболее совершенным решением. Дело в том, что подъемная сила газа действует здесь только на верхний торец трубы и материал, образующий самую трубу, висит на этом торце, испытывая растяжение в вертикальном направлении от собственного веса и в горизонтальном направлении от избыточного давления газа.

Можно избавиться от напряжений, обусловленных весом, если сделать башню рупоровидной формы, расширяющейся к своему основанию. Путем соответствующего расчета можно вывести, что у башни такой конструкции диаметр должен уменьшаться вдвое при увеличении высоты примерно на величину, равную удвоенному временному сопротивлению на разрыв материала оболочки башни, деленному на утроенный объемный вес. Вершина башни оформляется в виде купола с углублением, на которое опирается установка с аппаратами и приборами.

Такого рода башня не может потерять устойчивости. Если ее заполнить водородом, то высота башни может быть сделана чрезвычайно большой. Расширение башни книзу сделает ее устойчивой при сильном ветре.

БАШНЯ-АЭРОСТАТ

Рассмотрим несколько подробнее устройство таких башен очень большой высоты. Известно, что под действием силы тяжести давление воздуха в атмосфере убывает с высотой. В самом грубом приближении можно принять, что давление воздуха уменьшается вдвое при подъеме на каждые пять километров. Иначе будет обстоять дело в водороде, заполняющем весьма высокую башню. Молекулярный вес водорода примерно в пятнадцать раз меньше, чем у воздуха. Отсюда следует, что действие силы тяжести на водород в 15 раз меньше, чем на воздух. Поэтому давление водорода будет уменьшаться вдвое при увеличении высоты не на 5 км, как это происходит в воздухе, а на 75 км.

Следовательно, если сделать башню высотой хотя бы 150 км, то на ее верхнюю часть будет действовать изнутри давление, равное одной четверти атмосферы. Если верхняя часть башни имела бы диаметр, равный 10 м, то там можно было бы расположить груз весом в 190 т и этот груз поддерживался бы давлением водорода внутри башни. Такое решение, по-видимому, было бы вполне приемлемым для начала.

Башня в 160 км имела бы измерения, показанные на рисунке.

Приведенные числа получены расчетом для материала, имеющего временное сопротивление разрыву 3 000 Кг/см² и объемный вес, равный 1 т/м³.

Избыточное давление внутри башни будет у основания ее почти полностью компенсировано внешним давлением атмосферного воздуха: при увеличении высоты снаружи давление воздуха будет падать значительно быстрее, чем давление водорода внутри башни.

Как построить аэростатическую башню? Здесь возможны разные способы. По-видимому, самым простым является следующий.

Оболочка башни, изготовленная из гибкого материала (пластмассы), укладывается на основании башни глубокими кольцевыми складками (см. 4-ю стр. обложки, схема внизу). Далее снизу под эти складки нагнетается легкий газ (водород). Когда давление водорода становится больше давления атмосферного воздуха, средняя часть башни начинает подниматься вверх и складки одна за другой расправляются.

В конце концов шпиль сооружения взмывается кверху, и титаническое строительство заканчивается. Силы, действующие на отдельные элементы сооружения, взаимно уравновешиваются (см. обложку, схема посредине) и обеспечивают тем его устойчивость. Специальные астрономические и астрофизические приборы без помех нацеливаются на космос (см. обложку, рис. вверху).

Можно также сделать башню из концентрических цилиндров, которые могли бы раздвигаться, как подзорная труба.

Если башню заполнить гелием, то в ней могли бы на большую высоту подниматься аэростаты, заполненные водородом. Это могло бы заменить различные виды лифтов.

Из всего сказанного видно, что не только ракеты могут быть средством проникновения в космос. По-видимому, их могут дополнить и аэростатические башни, описанные в этой статье. Вероятно, смелая мысль может открыть еще и многое другое.