«Техника-молодежи» 1979 №4, с.21, 35, обл 4

На страницах печати все чаще появляются разные проекты необычных космических сооружений. В свое время в «Комсомольской правде» был опубликован проект космического лифта, разработанный ленинградским инженером Ю. Арцутановым.

Этот проект лег в основу научно-фантастического романа, написанного известным ученым и писателем Артуром Кларком.

Сегодня мы представляем читателям еще один смелый проект, принадлежащий кандидату физико-математических наук, доценту Астраханского педагогического института Георгию ПОЛЯКОВУ.

Начиная с К. Циолковского и кончая О'Нейлом, выдвинуто немало разнообразных проектов космических поселений, для постройки и функционирования которых потребуется огромное количество строительного материала. Где же его взять?

Очевидно, с Земли разумно будет позаимствовать лишь незначительную часть этих материалов, самую необходимую, и то в основном на первом этапе. В противном случае мы разорим «колыбель человечества», что, конечно, недопустимо. К тому же совсем рядом в виде Луны расположен естественный «склад сырья»... Но здесь опять-таки возникает вопрос: как доставлять материалы с Луны в нужную точку космического пространства? Вот я и предлагаю воспользоваться космическим лифтом, о котором говорилось в моей предыдущей статье «Космическое «ожерелье» Земли» («ТМ», № 4 за 1977 год), протянув его от Луны к точкам Лагранжа.

Как известно, в любой системе двух небесных тел можно найти пять особых точек (их-то и называют точками Лагранжа), в которых гравитационные силы притяжения к планете и спутнику уравновешены центробежной силой, вызванной вращением планеты и спутника вокруг общего центра масс (так что геометрическая сумма трех сил равна нулю).

Точки Лагранжа L₁, L₂, и L₃, лежащие на одной прямой, именуются прямолинейными, а L₄, и L₅, находящиеся в вершинах равносторонних треугольников, — треугольными (см. верхнюю схему на 4-й стр. обложки). Так вот, все эти точки словно самой природой предназначены для постройки космических поселений, ибо любое малое тело, помещенное в них, находится в положении равновесия относительно вращающейся системы «планета — спутник».

Нас будут интересовать точки Лагранжа L₁ и L₁, ближайшие к Луне. Поскольку Луна обращена к своей планете постоянно одной и той же стороной, то на ней возможно создание двух космических лифтов: прямого и обратного (см. нижнюю схему на 4-й стр. обложки). На участках A₁L₁ и A₂L₂ равнодействующая двух гравитационных сил притяжения (к планете и спутнику) и центробежной силы направлена к Луне, а на участках L₁B₁ и L₂B₂ — от нее. Для устойчивого равновесия спутникового лифта нужно, чтобы величина этой равнодействующей на последних участках соответственно превышала ее величину на первых. Ширина лифта и напряжение в нем возрастают от концов к точке Лагранжа, где они наибольшие.

Сейчас успешно создаются все более совершенные высокопрочные и легкие материалы: различные композиты, стеклопластики, синтетические волокна и другие. Показатель прочно-легкости (отношение наибольшего напряжения σ к плотности материала ρ) некоторых из них уже достигает такой величины, что позволяет говорить о создании спутниковых лифтов как о вполне реальном деле. Для того чтобы наша «небесная дорога» не упала на Луну, на ее конце В должно находиться тело с достаточной массой. Оно удержит лифт в растянутом состоянии, подобно вращающемуся на нити шарику. Чем ближе точка В к точке Лагранжа, тем больше должна быть масса этого тела.

Например, как показывают расчеты, для прямого лунного лифта характерная длина — 290,46 тыс. км. Причем если длина лифта из стали составляет 200 тыс. км, то его масса (при площади поперечного сечения у основания S'=1 см² и в точке Лагранжа S'' = 10 см²) — 1300 тыс. т, а масса тела В₁ — не менее 400 тыс. т. Конечно, при использовании более легких, но более высокопрочных материалов величины этих масс резко снизятся.

Тело В₁ — это не безжизненный кусок металла, а многоэтажное космическое поселение цилиндрической формы. Сила тяжести на нем есть, правда, очень малая. Она составляет лишь около одной тысячной от земной и направлена в сторону, противоположную той, что у основания лифта. Поэтому счет этажей в этом поселении и в строениях на поверхности Луны противоположен.

А что, если прямой лунный лифт дотянуть почти до верхних слоев земной атмосферы и использовать его для транспортной связи между Луной и Землей? Если он представляет собой стальной трос (а на самом деле их, конечно, несколько) с постоянным поперечным сечением в 1 см², то его длина и масса составят соответственно 376 тыс. км и 293 тыс. т, а показатель прочнолегкости β в 13,5 раза превысит предельный на разрыв для стали.

Напряжение в тросе можно снизить, увеличив коэффициент сужения α = S''/S'. Скажем, при α = 10 (S' = 1 см², S'' = 10 см²) β уменьшится в 2,3 раза, но зато его масса возрастет в 5,4 раза. При α = 10 тыс. (когда S'' = 1 м²) β лишь немного (в 1,4 раза) превзойдет предельный для стали, однако масса троса возрастет в 434 раза!

Учитывая сказанное, приходим к выводу: при создании лунного космического лифта не следует идти по пути снижения β за счет значительного увеличения α, ибо это связано с огромным расходом материалов. Судя по всему, α ≤ 10. Ведь β при α=10 только в 6 раз больше предельного для стали. Остается лишь разработать материал, удовлетворяющий таким требованиям (да в придачу еще и достаточно дешевый).

По-видимому, лунный лифт можно строить из сырья, взятого на самой Луне, а построив, использовать его для доставки лунных материалов на космические, а может быть, при особой их ценности и на земные заводы.

Ученые предполагают первые космические поселения поместить на геосинхронной орбите и в треугольных точках Лагранжа. Для их размещения удобно и космическое «ожерелье» Земли. Основная же часть астрогородов (или их отсеков) будет транспортироваться с помощью мощных космических буксиров из места сборки в точках L₁ и L₂ на орбиты вокруг Солнца. Таким образом человечество сможет расселяться по всей солнечной системе. В связи с этим важно подчеркнуть, что импульс реактивных двигателей, приходящийся на единицу массы аппарата, в этом случае будет много меньше, чем при старте с поверхности Луны, ибо в этих точках, как и на космических орбитах, «царствует» невесомость.