Поки лише окремі групи інженерів-оптимістів б'ються над створенням космічного ліфта. Проте великий фантаст Артур Кларк, 30 років тому популяризувати дана споруда в романі "Фонтани раю", в останні роки свого життя говорив, що ліфт на орбіту реально побудують через 10 років після того, як над цією ідеєю перестане сміятися остання людина.

Змагання Space Elevator Games 2009 року стало хай невеликим, але примітним кроком до мрії про космічне ліфті (space elevator), ідею якого в загальному вигляді висунув Костянтин Ціолковський ще в 1895 році. Змагання, організоване Spaceward Foundation і NASA, пройшло з 4 по 6 листопада в Південній Каліфорнії, на території центру Драйдена (Dryden Flight Research Center), в межах знаменитої авіабази Едвардс.

Нинішні "гри" виявилися багато в чому примітні. І насамперед тим, що вперше годований лазерним променем робот-ліфт піднявся на висоту близько одного кілометра. Так, якщо раніше крихітні прототипи космічних підйомників видирається на натягнуті за допомогою кранів стрічки висотою в 50 і 100 метрів, нині трос довжиною більш ніж в один кілометр спустили з ширяючого вертольота! Залікова ж дистанція гонки склала 900 метрів (старт вважався не від рівня землі).


Вертоліт над авіабазою Едвардс - далеко не супутник. Але ці досліди вперше показують, що ідея піднесення робота з лазерним живленням на велику висоту - технічно реалізовується (ілюстрація і фото Spaceward Foundation).

Як і раніше, апарати могли користуватися лише енергією, що посилається по променю знизу: адже зрозуміло, що на підйом в сьогоденні космічному ліфті ніяких акумуляторів не вистачить. Так що загальний принцип побудови роботів залишився колишнім: набір сонячних батарей, підсвічуються потужним наземним лазером, плюс електромотор з роликами, обхоплює трос. Не даремно це змагання в рамках Space Elevator Games називається Power Beaming Challenge (або Climber Competition).

Приз за нього становив $ 900 тисяч, за умови що апарат подолає всю дистанцію зі швидкістю не нижче 2 метрів в секунду, і $ 1 , 1 мільйона - якщо його швидкість досягне 5 м/с. Це вражаючі вимоги, враховуючи, що за всі попередні роки даного змагання кращим досягненням було подолання 100 метрів зі швидкістю 1,8 м/с.

Задумана в 2004 році битва прототипів космічних ліфтів вперше проведена була в 2005-му. Але тільки в 2009-му один з апаратів зміг виконати жорсткі вимоги, за які організатори змагання вручили переможцю приз (фотографії Spaceward Foundation). ' width=478 height=1031>

Задумана в 2004 році битва прототипів космічних ліфтів вперше проведена була в 2005-му. Але тільки в 2009-му один з апаратів зміг виконати жорсткі вимоги, за які організатори змагання вручили переможцю приз (фотографії Spaceward Foundation).

Про передісторії нинішнього змагання і колишніх успіхах прототипів можна дізнатися з цього ролика.

У 2009 році на участь у змаганні подали заявки шість команд, але реально за перемогу боролися лише три кваліфікувалися: Kansas City Space Pirates (невелика компанія, фактично - клуб любителів робототехніки), USST (студентська команда з канадського університету Саскачевана, що демонструвала в минулі роки відмінні результати) і LaserMotive - промислова фірма з Сіетла. Саме ця трійка привезла в пустелю Мохаве працюють роботи-ліфти.


Вертоліт (перед його пілотом потрібно зняти капелюха) повинен був забезпечувати постійне натяг цієї "дороги" і утримання її в положенні, гранично близькому до вертикального. Після установки апарату на стартову точку пілот натягував трос, і команда давала роботу сигнал до підйому (фотографії Spaceward Foundation). ' width=478 height=740>

Для підйому роботів використовувався сталевий трос діаметром близько 5 мм. Внизу він закінчувався не біля самої землі, а на висоті в декілька десятків метрів (там і була точка старту), де розділявся на три "якірних" троса, що закінчувалися ланцюгами, які кріпилися до бетонних блоків.
Вертоліт ( перед його пілотом потрібно зняти капелюха) повинен був забезпечувати постійне натяг цієї "дороги" і утримання її в положенні, гранично близькому до вертикального. Після установки апарату на стартову точку пілот натягував трос, і команда давала роботу сигнал до підйому (фотографії Spaceward Foundation).

У перший день змагань LaserMotive виконала два повних підйому. Перший за 4 хвилини і 2 секунди, другий за 4 хвилини і 1 секунду. Зі швидкістю в 3,73 м/с LaserMotive була кваліфікована як претендент на $ 0,9-мільйонний приз. Ось, до речі, її перша спроба.

Іншим претендентам весь час щось заважало. То у апаратів були проблеми навіть зі стартом, то зі швидкістю або висотою підйому. До прикладу, "піратам" з Канзас-Сіті вдалося довести свою машину до позначки в 850 метрів за довгі 8 хвилин, але тут судді були змушені відключити живить лазер - закрилося тимчасове вікно, коли над місцем змагань не пролітали ніякі супутники. На них потужний промінь в теорії міг би вплинути, так що заради безпеки улаштовувачі "ігор" звіряли всі графіки підйомів з прольотами космічних апаратів над цією точкою.

Centennial Challenges), в рамках якої і проходять "Ігри космічних ліфтів", Бен Шелеф (Ben Shelef), глава Spaceward Foundation, і один з керівників LaserMotive Девід Бешфорд (David Bashford).
На другому кадрі Девід коштує близько апарату, підготовлюваного до підйому. На правому нижньому - видний низ машини, покритий фотоелектричними осередками (фотографії Spaceward Foundation, AP Photo/NASA, Tom Tschida, LaserMotive, kcby.com). ' width=478 height=694>

Апарат від LaserMotive: легка пірамідальна рамка, електрика, електроніка та блок сонячний панелей розміром приблизно 2 х 2 фути (0,6 х 0,6 м). На першому знімку - зважування робота. Зліва направо: Енді Петро (Andy Petro), представник програми NASA "Виклики сторіччя" (Centennial Challenges), в рамках якої і проходять "Ігри космічних ліфтів", Бен Шелеф (Ben Shelef), глава Spaceward Foundation, і один з керівників LaserMotive Девід Бешфорд (David Bashford).
На другому кадрі Девід коштує близько апарату, підготовлюваного до підйому. На правому нижньому - видний низ машини, покритий фотоелектричними осередками (фотографії Spaceward Foundation, AP Photo/NASA, Tom Tschida, LaserMotive, kcby.com).

Незважаючи на своє явне лідерство, у другий день LaserMotive теж зробила пару сходжень. Вона показала ще кращий час: 3 хвилини 49 секунд і 3 хвилини 48 секунд. Швидкість в 3,95 м/с вже досить близько підійшла до планки, за якою "ліфтерам" з Сіетла світил головний приз.

Правда, для досягнення цієї швидкості LaserMotive полегшила свого робота: в перший день до власної ваги машинки в 4,8 кг її творці додавали вантаж вагою 0,58 кг, а у другий день вага корисного навантаження скоротили до 0,4 кг. Це представляло певний ризик, адже якщо б хтось із суперників теж подолав залікову кордон в 2 м/с, багато вирішував би саме вага корисного навантаження, яку робот піднімав в ході змагання.

Пояснимо, якщо команда виконує завдання (тобто апарат піднімається по всій довжині троса зі швидкістю не нижче вказаної в правилах), кінцеве місце претендента визначається набраними балами. А вони обчислюються так: швидкість підйому (в м/с) множиться на масу корисного навантаження (у кг) і ділиться на власну вагу робота.

Останній, до речі, обмежений 50 кілограмами, зате потужність, що передається на нього по променю, правилами не обмежена. На практиці всі машини були куди легше. Так от, в перший день з меншою швидкістю, але більшим навантаженням LaserMotive набрала 0,45 бала, а в другій - 0,325, незважаючи на більш високий темп сходження.

Така увага організаторів до ваговими параметрами роботів не випадково. Звичайно, дані машинки мають мало спільного з тими ліфтами, які коли-небудь зможуть підніматися по тросу до зірок. Але вже зараз непогано б відпрацювати рішення і прийоми, які дозволять таким апаратам бути максимально легкими при високій потужності і великий корисному навантаженню.


У численних фургончик розташовувалися не лише штаби команд, але й лазерні системи, комплекси стеження за роботами-ліфтами та інша супутня апаратура (фотографії Spaceward Foundation).

Ризик LaserMotive виправдався. Правда, сама вона так і не змогла взяти головну планку в 5 м/с, незважаючи на буквальне викидання з конструкції робота всього не надто важливого (через що у "похудевшей" машини почалися неполадки при сходженні в третій день гонки).

Але двом іншим суперникам не вдалося навіть близько наблизитися до параметрів машини з Сіетла: "лазальщік" від Kansas City Space Pirates добирався майже до верху троса (але все-таки не до кінця), та тільки занадто повільно, а канадці так і не змогли вирішити технічні проблеми, через які їх робот-ліфт не від'їжджав далі декількох метрів від точки старту.


Kansas City Space Pirates (ліворуч) і USST - невдахи нинішнього року.

Однак змагання принесло їм багатий досвід, так що команди, за їх словами, мають намір поліпшити своїх роботів і продовжити боротьбу. Цікаво, що за теоретичними розрахунками всім трьом машинам, які вийшли на старт Space Elevator Games, їх вагові та потужностні параметри повинні були дозволити взяти верхню планку в 5 м/с. Чому цього не сталося - буде предметом аналізу у найближчий час (фотографії Spaceward Foundation).

Таким чином, LaserMotive була оголошена переможцем у "рівні -1 "і отримала чек на $ 900 тисяч з рук представника NASA. $ 1,1 мільйона залишилися неразиграннимі і перейшли на наступний тур, дата проведення якого ще не визначена. Рекордний же підйом можна побачити в ролику нижче.

Перемога LaserMotive була прийнята командою з радістю, але при цьому сама компанія підкреслює: головне для нас - перевірка в бою системи передачі енергії по лазерному променю. При відстані між передавачем і роботом більш ніж кілометр непросто домогтися дуже точного попадання променя в машину. Адже потрібно було ще відпрацювати ефективне перетворення цієї енергії (до слова, LaserMotive переправляла на борт свого робота за допомогою лазера більше 1 кіловата потужності).


Команда LaserMotive і її призовий чек на $ 900 тисяч. Нехай вас не бентежать "цифри з майбутнього" на плакаті - дане змагання давно носить друге ім'я "Ліфт-2010", як символічна кругла дата, до якої повинні з'явитися на світ більш-менш вражаючі прообрази і ліфта, і космічного троса (фото Spaceward Foundation ).

Як говорять представники компанії, два роки роботи над апаратом дозволили їм довести до кондиції саме комплекс "трансляції" енергії, який вони хочуть вивести на ринок. А ліфти в космос - це, мовляв, гарна, але дуже вже далека перспектива.

Дійсно, навіть кілометрову сходження прототипів - ніщо в порівнянні з підйомом по тросу на геостаціонарну орбіту (приблизно 36 тисяч кілометрів), який необхідно буде здійснювати справжньому космічному ліфту. З іншого боку - треба ж з чогось починати. Нинішні скромні роботи намічають шлях, по якому слід розвивати такого роду системи.


Зі зрозумілих причин, космічний ліфт повинен брати початок точно на екваторі. Згідно з однією з версій, стартову платформу слід розташувати в океані (ілюстрації wikipedia.org, Spaceward Foundation).

Може здатися, ніби споруда космічного ліфта - невиправдано складна затія. Але його краса в тому, що після запуску він здатний серйозно скоротити вартість виведення вантажів. Ось, до речі, концепція орбітального ліфта.

У великій мірі реальність "залізниці в космос" залежить від успіхів інженерів і вчених в другій половині "Ігор космічних ліфтів". Вона називається Strong Tether Challenge (або Tether Strength Competition).

Це змагання покликане намацати технологію створення троса, який, якщо його опустити з геостаціонарної орбіти на Землю, не тільки не порветься під власною вагою, але ще буде здатний нести пристойну корисне навантаження. У 2009 році конкурс проходив хронологічно раніше Power Beaming Challenge - в серпні. Але, на жаль, ніхто з претендентів не перевершив досягнення минулих років.


Після кількох днів напруженої роботи всі учасники "ігор" разом з організаторами шумно відзначили подія в ресторанчику Domingo's поблизу авіабази Едвардс, в якому, як кажуть, кожен раз обідають астронавти, коли шатл приземляється в Каліфорнії. На нижньому кадрі в сомбреро - Девід Бешфорд, який напередодні відзначив свій день народження. Перемога LaserMotive виявилася кращим подарунком (фотографії Spaceward Foundation).

Для оцінки ключових параметрів такого троса фонд Spaceward придумав нову одиницю - "Юрій" ( Yuri) - названу на честь російського інженера Юрія Арцутанова, який в 1960 році опублікував практичний спосіб побудови космічного ліфта.

Саме Арцутанов запропонував замінити "орбітальну башту" Ціолковського (яку калузький геній припускав будувати з Землі) на трос, поступово спускний вниз з геосинхронну супутника. Одночасно в протилежну сторону випускався би другий трос з противагою, так що центр ваги системи весь час залишався б на геостаціонаре.


Та сама стаття Арцутанова в "Комсомольській правді" за 31 липня 1960 року. З неї почалося серйозне обговорення можливості побудови космічного ліфта (ілюстрація Spaceward Foundation).

Отже, Yuri - це відношення міцності на розрив до щільності матеріалу , або в одиницях СІ: Па · м3/кг. 1 мегаюрій (MYuri) відповідає більш поширеною в інженерній науці величиною ГПа · см3/г. Саме в мегаюріях улаштовувачі Tether Strength Competition вимірюють міцність стрічок, що претендують на прообраз будівельного матеріалу для космічного ліфта.

Вони вказують, для порівняння, що хороша сталевий дріт володіє питомою міцністю в 0,5 MYuri, кращі ж сучасні синтетичні волокна : японський матеріал Zylon і американський Spectra 2000 - 3,74 і 3,6 MYuri відповідно. Тим часом для побудови реального космічного ліфта необхідно мати хоча б 25-30 MYuri, а краще - 45-100 (у другому випадку ліфт вийде істотно легше, і побудувати його можна буде набагато швидше).

Такі величини міцності, в теорії, навіть з хорошим запасом здатні забезпечити вуглецеві нанотрубки, але біда в тому, що рекордні характеристики вони показують лише в мікро-і наномасштабі (в тому числі - в експериментах), а от при спробах сплести з нанотрубок макроскопічні волокна, мотузки та стрічки питомі характеристики такого "оптового" матеріалу значно погіршуються. Саме на отримання великих виробів з нанотрубок і повинні працювати вчені, які мріють допомогти в справі зведення космічного ліфта.

University of Shizuoka) привезли на змагання "космічних стрічок" свій виріб, створене з вуглецевих нанотрубок. На жаль, воно порвалося досить рано, в черговий раз показавши, що макроскопічними матеріалами з нанотрубок поки ще не змагатися з банальними полімерами, нехай теоретичний потенціал вуглецевих ниток - набагато вище (фотографії Spaceward Foundation). ' width=478 height=394>

Влітку 2009 року вчені з університету Сідзуока (University of Shizuoka) привезли на змагання "космічних стрічок" свій виріб, створене з вуглецевих нанотрубок . На жаль, воно порвалося досить рано, в черговий раз показавши, що макроскопічними матеріалами з нанотрубок поки ще не змагатися з банальними полімерами, нехай теоретичний потенціал вуглецевих ниток - набагато вище (фотографії Spaceward Foundation).

У змаганнях Strong Tether Challenge минулих років кращим зразком була "прив'язь" з міцністю 3 MYuri (цю "стрічку" сплели на основі волокна Zylon). Далі ніхто просунутися поки не зміг. А адже для завоювання малого призу в $ 900 тисяч потрібно досягти питомої міцності в 5 MYuri, що краще, ніж у будь-якого існуючого нині матеріалу, головний же приз у $ 1,1 мільйона зможе принести своїм творцям лише стрічка з міцністю і зовсім в 7,5 MYuri .

За правилами стрічка повинна являти собою замкнуту петлю загальною довжиною 2 метри і вагою 2 грами (ширина стрічки - до 200 мм). Її закріплюють між двома роликами, які починають повільно розводити в сторони. Визначається зусилля, при якому стрічка порветься або розтягнеться більш ніж на 5%. Для досягнення питомої міцності в 5 MYuri необхідно дістатися до зусилля розриву в 907 кг, а 7,5 MYuri - відповідно в 1361 кг.






Крім знаменитого роману Кларка космічний ліфт фігурує ще в цілому ряді творів. Цікаво, що якщо капсули будуть підніматися зі швидкостями найшвидших поїздів, тобто 300-500 км/год, поїздка на космічну станцію, яка висіла на геостаціонаре, займе 3-4 дні.

Детальніше »