ИДЕЯ ИНЖЕНЕРА АРЦУТАНОВА (ЭВРИКА 68)
Проблема освоения межпланетного пространства по-настоящему может быть решена лишь тогда, когда человек научится экономно и быстро отправлять в космос огромные массы разнообразнейшей аппаратуры, приборов и материалов.
Нужен космический транспорт. Вот поэтому не случаен интерес к одной удивительно простой, но вместе с тем исключительно плодотворной идее, высказанной тридцатилетним аспирантом Ленинградского технологического института Юрием Арцутановым.
В своей работе «Преодоление космическими кораблями земного притяжения без помощи реактивных двигателей» молодой ученый математически обосновал возможность сооружения многотысячекилометрового «лифта», способного перевозить в космос людей и грузы, на принципиально новой инженерной идее.
Представим себе башню высотой 35 810 километров, на вершине которой смонтировано грузоподъемное устройство - лифт. Ничего необычного в этом нет, кроме размеров башни (для сравнения напомним, что верхняя проектная отметка самого высокого искусственного сооружения в СССР - Останкинской телевизионной башни - равна 533 метрам, а средний поперечник земного шара составляет 12 тысяч 757 километров). Все исполинское сооружение нужно лишь для того, чтобы на самой его вершине неподвижно закрепить относительно земной поверхности точку опоры гигантского лифта.
А нельзя ли обойтись без такого обременительного строительства ради крошечного опорного механизма? Казалось бы, нет. Ведь в космической пустоте не найти жесткой, да еще и неподвижной опоры.
И все-таки опорная точка в космосе может быть создана. Законы небесной механики, законы взаимного тяготения масс с одинаковой неумолимостью создают и цепи тяготения, о которых говорил Циолковский, и возможность избавления от них. Одна из таких возможностей как раз и заключается в создании опорной точки, пригодной для сооружения нашего космического лифта. По мере увеличения радиуса орбиты период обращения спутника будет, естественно, возрастать. Так, если для спутника, летящего в непосредственной близости от земной поверхности, период обращения составляет 1 час 24 минуты 25 секунд, то Луне, отстоящей от Земли почти на 400 тысяч километров, требуется около четырех недель для совершенствования полного облета нашей планеты. Следовательно, существует и такое расстояние, на котором обращение спутника будет совершаться точно в одни земные сутки.
Расчет показывает, что это расстояние равно 35 810 километрам, то есть высоте нашей гипотетической башни. Значит, сила земного тяготения, постепенно уменьшаясь, на вершине башни становится в точности равной центробежной, которая, на оборот, возрастает с удалением от земной поверхности.
Но вернемся снова к спутнику, совершающему свой путь за одни земные сутки. Если, кроме того, такой спутник будет двигаться в экваториальной плоскости и при этом с запада на восток, то его угловая скорость будет равна скорости вращения Земли вокруг своей оси, и, таким образом, для земного наблюдателя он будет казаться неподвижным.
Стационарный искусственный спутник полностью отвечает тем требованиям, которые мы предъявили к опоре для космического лифта: он неподвижен относительно земной поверхности и не требует неосуществимых строительных сооружений. Достаточно соединить его прочным тросом с земной поверхностью - и дорога на небо готова.
Остается пока неясным, однако, как же держать наш спутник на его прежней орбите. Ведь стальная паутина подвесной дороги создает приложенную к спутнику и направленную к центру Земли силу, равную весу троса. Под действием этой ничем не уравновешенной силы стационарный спутник сойдет со своей орбиты и рухнет на земную поверхность.
Оказывается, законы небесной механики позволяют решить и эту проблему. Известно, что по мере удаления от поверхности Земли пропорционально ему растет центробежная сила, действующая на каждое тело, связанное с нашей башней, так что на ее вершине равнодействующая сила земного притяжения и центробежная равны нулю. Следовательно, при еще большем увеличении высоты преобладающей станет уже центробежная сила, направленная от центра Земли; и на каждое тело на высоте свыше 35 810 километров действует сила, стремящаяся умчать его в космос. Таким образом, если при создании космического лифта одновременно наращивать обе ветви троса, идущие вверх и вниз от спутника, то равно-действующая обеих сил все время будет равна нулю и спутник останется на своей орбите.
Космический лифт обладает замечательной способностью. Для подъема грузов на нижней ветви троса - от поверхности Земли до стационарного спутника необходимо затрачивать энергию, способную преодолеть действующую на всем протяжении этого пути силу земного тяготения.
Однако стоит только преодолеть рубеж невесомости (отметка 35810 километров), как источником движения станет даровая энергия вращения Земли, и груз, подобно человеку на диске «чертова колеса», начнет двигаться со все возрастающим ускорением.
Расчет показывает, что уже на высоте 47 тысяч километров он приобретает вторую космическую скорость и станет искусственной планетой, не израсходовав при этом ни грамма топлива.
Правда, Земля несколько замедлит свое вращение вокруг оси, но практически заметить это будет невозможно.
Предполагается, что целесообразная скорость движения по «трассе века» должна доходить до 1000 километров в час. Тогда при некотором увеличении прочности троса грузооборот космодрома-лифта можно довести до 10-15 тысяч тонн в сутки, что в сочетании с другими видами транспортных средств надолго удовлетворит космические аппетиты человечества.