(CNN) – Хотите подняться на лифте в космическое пространство? Хотя такая идея существует более ста лет, прорыв в области нанотехнологий может означать, что мы будем подниматься в космос по кабелю, изготовленному из алмазов. Ученые из Университета штата Пенсильвания (Penn State University) в Соединенных Штатах в прошлом месяце опубликовали научный доклад, в котором сообщается о способе производства ультратонких «алмазных нанонитей», прочность и твердость которых выше, чем у существующих сейчас нанотрубок и полимеров.
Джон Бэддинг (John Badding), профессор химии Университета штата Пенсильвания, сообщил изданию CNN, что его группа совершила прорыв при исследовании свойств молекул бензола и что потребовалось 18 месяцев исследований на то, чтобы разобраться в том, чтό же обнаружила группа.
«Это словно какой-нибудь невероятный ювелир связал самые мельчайшие бриллианты в длинное миниатюрное ожерелье, - сказал Бэддинг. – Так как эта нить по природе своей является алмазной, то мы ожидаем, что она окажется чрезвычайно жесткой, чрезвычайно прочной и чрезвычайно полезной».
Прорыв в исследовании бензола
В этих экспериментах потребовалось сжатие бензола – жидкости – для образования твердого материла.
«Мы обнаружили, что ввиду того, что в нашем эксперименте сжатие бензола происходило гораздо медленнее, чем это было раньше, образовались эти новые материалы, – сказал он.
Все думали, что молекулы бензола свяжутся друг с другом очень неупорядоченным образом, как стекловидный аморфный материал.
Вместо этого, наше внимание привлекло то, что наши эксперименты показали, что в бензоле порядок существует, и это стало для нас шоком», - сказал он.
Следующим шоком для исследовательской группы стало то, что все это происходило при комнатной температуре.
Под давлением
Он сказал, что ученые работали над проверкой гипотезы о том, что при распаде молекул бензола под высоким давлением, их атомы стремятся уцепиться за что-нибудь еще, но не могут, потому что давление устраняет пространство между ними.
«Тогда этот бензол становится высоко реактивным, настолько реактивным, что при очень медленном снижении давления происходит упорядоченная реакция поляризации, при которой образуется нить с алмазным сердечником», - сказал он.
В результате получается материал, который является самым прочным и самым твердым из известных науке и к тому же очень легким.
«Нашей самой смелой мечтой в отношении наноматериалов, которые мы разрабатываем, является возможность их использования для изготовления сверхпрочных легких канатов, которые могли бы позволить построить «космический лифт», до сих пор существующий только как научно-фантастическая идея», - сказал Бэддинг.
Следующая остановка – открытый космос
Японская строительная компания Obayashi уже изучает возможность технической реализации космического лифта, предусматривая соединение космической станции с экватором при помощи каната длиной 96 000 км, изготовленного с использованием углеродной нанотехнологии.
Космическая станция вращалась бы вокруг Земли в геостационарном положении с канатом, который был бы натянут за счет действия центробежной силы вращения Земли – почти таким же образом, как молотобоец метает молот на Олимпийских играх.
Роботизированным кабинам лифта с магнитными двигателями потребуется семь дней, чтобы добраться до космической станции, доставляя грузы и людей в космос, что будет стоить лишь часть от нынешней стоимости доставки.
Согласно мнению Международного консорциума по космическим лифтам (International Space Elevator Consortium, ISEC), полезные космические нагрузки будут стоить всего порядка нескольких сотен долларов за килограмм, а не $20 000 за килограмм, как при нынешней ракетной технологии.
Ключ заключается в мелком масштабе
В основе проекта лежит нанотехнология, которая позволит изготовить канаты из материала, который тверже и прочнее существующих в настоящее время на Земле.
По мнению ISEC, канат толщиной 2,5 дюйма, изготовленный с помощью углеродной нанотехнологии, сможет в день поднимать на орбиту вес, эквивалентный трем международным космическим станциям.
«Предел прочности на разрыв составляет почти в сто раз больше, чем у стальных канатов, поэтому это возможно», - сказал Ёдзи Исикава (Yoji Ishikawa), руководитель по исследованиям и разработкам из компании Obayashi журналистам из Австралийской радиовещательной корпорации (Australian Broadcasting Corporation).
«Прямо сейчас мы не можем изготовить канат достаточно большой длины. Мы можем изготавливать только нанотрубки длиной 3 сантиметра, но нам нужно гораздо больше … мы думаем, что к 2030 году мы сможем это сделать».
Прощай, летчик-космонавт
Космический лифт не является единственной неракетной технологией, которая сейчас изучается в качестве средства доставки объектов искусственного происхождения в космос.
В прошлом НАСА рассматривала все проекты, начиная от высокоскоростной артиллерии, до запускаемых с рельсов устройств с магнитной левитацией в качестве способа доставки объектов в космос.
Физик Стенли Старр (Stanley Starr) из Космического центра им. Кеннеди (Kennedy Space Center), принадлежащего НАСА, сказал, что в настоящее время НАСА уделяет особое внимание разработке перспективных технологий для использования тогда, когда летательный аппарат уже в космосе.
«И в этой области много вызовов», - сказал Старр изданию CNN.
Тем не менее, космическое агентство продолжает рассматривать системы – некоторые из них довольно невероятные, например, Slingatron (космическая праща для вывода груза в космос) - которые могут достичь орбиты без использования ракетных систем, требующих много топлива.
«Космический лифт является интересной концепцией, но для ее осуществления потребуется прорыв в области материалов или применение совершенно новой концепции. По моим прогнозам, космический лифт не заработает при моей жизни, - сказал Старр.
Я вкратце ознакомился в концепцией Slingatron и не думаю, что она осуществима».
Когда мешает физика
Он сказал, что определенные проблемы аэродинамики и физики сохраняются, несмотря на технологические достижения. Хотя возможно осуществление некоторых концепций, использующих высокие скорости, например, сверхскоростная артиллерия, уравновешивающая более мощные аэродинамические силы, но сохраняются проблемы, связанные с нагреванием.
«Если, например, небольшой спутник запускается непосредственно из пушки с достаточной скоростью для достижения орбиты, ракета, вероятно, будет разрушена за счет нагревания и механического напряжения, - сказал он. – Если не разрушится, то бόльшую часть массы составляет конструкция, и лишь небольшая часть приходится на полезную нагрузку».
Он сказал, что даже при этом, НАСА не отказалась от идеи неракетного запуска.
«Я считаю, что НАСА в перспективе будет делать инвестиции в технологию неракетного запуска, но я не думаю, что это произойдет в ближайшем будущем, - сказал Старр.
Я бы хотел, чтобы НАСА создала группу, лучше всего из ряда центров НАСА, которые будут связаны информационной сетью, и эта группа будет активно заниматься поиском новых технологий запуска и давать рекомендации по проведению новых исследований».
