В настоящее время у нас нет технологий, которые сделали бы космический лифт жизнеспособным на Земле. Однако это не означает, что он не может работать на других небесных телах в Солнечной системе. Одним из наиболее интересных мест для его применения является Церера, королева пояса астероидов и, возможно, один из крупнейших источников ресурсов для освоения человечеством космоса.
Новая статья исследователей из Университета Колорадо в Колорадо-Спрингс и компании Industrial CNT, производителя углеродных нанотрубок (один из потенциальных материалов для космического лифта), подробно описывает, насколько полезным может быть такой лифт.
Один из самых интересных фактов о Церере заключается в том, что, согласно данным, собранным космическим аппаратом Dawn, она состоит примерно из 25% воды. Вода полезна не только тем, что необходима для жизни, какой мы её знаем, но и тем, что её можно использовать в качестве топлива для двигательных установок. Некоторые тестовые спутники используют саму воду в качестве единственного источника движения, тогда как другие используют компоненты, полученные при расщеплении воды посредством гидролиза — кислород и водород.
Однако чтобы получить доступ к этому богатству особенно ценного материала, инженерам сначала придётся извлечь его из гравитационной ямы Цереры (надо признать, что она крошечная). Именно здесь на помощь приходит космический лифт. Космический лифт может служить двум целям: поднимать материалы с поверхности и использовать рычаг, чтобы отправить их по траектории, намного более быстрой, чем запуск с поверхности. В статье обсуждается конструкция космического лифта длиной 30 000 км, который выходит в Солнечную систему более чем в 30 раз дальше, чем диаметр самой Цереры.
Такой космический лифт, если он будет изготовлен из углеродных нанотрубок, которые можно производить в настоящее время, может перевозить полезную нагрузку массой примерно 6 534 кг до станции на вершине лифта. Оттуда их можно отправить в космос, используя пространство, предоставленное станцией, которая вращается синхронно с вращением Цереры — один раз каждые девять часов.
Космический лифт может снизить количество энергии, необходимое для доставки полезной нагрузки обратно на Землю, примерно на 60%, а также сэкономить 15% топлива.
Часть этого топлива может быть получена с самой Цереры. В статье также подробно описывается матрица решений для нескольких решений по использованию воды в качестве топлива и установлено, что микроволновые электротермические двигатели (MET) обеспечивают наибольшую эффективность с удельным импульсом почти 800 секунд. Ещё одним претендентом стал электролиз воды, который разделяет составляющие воды, а затем объединяет их в камере сгорания.
Для проведения такого химического разделения системе потребуется энергия, и это одно из основных потенциальных препятствий для создания такой инфраструктуры. Церера находится в поясе астероидов, и количество солнечного света, которое необходимо собрать для обеспечения такого рода деятельности, будет значительным. Возможные решения включают двигатели Стирлинга или радиоизотопные термоэлектрические генераторы, но для соответствия масштабам проекта потребуется множество таких устройств.
Ещё одним потенциальным препятствием может стать задержка связи. Поскольку пояс астероидов находится за Марсом, задержка связи в каждом направлении составляет в среднем 25 минут, что делает ручное управление с Земли и её окрестностей чрезвычайно утомительным. Поэтому любой крупный строительный проект на Церере, такой как космический лифт, потребует значительного улучшения автоматизации, прежде чем он сможет быть введён в эксплуатацию.
Такие улучшения будут полезны и в других областях, и они, несомненно, уже в пути. Эксперты по освоению космоса в восторге от потенциальных вариантов использования ресурсов, доступных в таких местах, как Церера. Поэтому, несомненно, в конечном итоге её начнут разрабатывать — и если это произойдёт, планировщики будущих миссий будут внимательно изучать эту статью и другие подобные ей, чтобы понять, следует ли человечеству взяться за решение одной из самых сложных инженерных задач, которые он когда-либо решал, и стоит ли это затрат.