15 листопада в штаб-квартирі SpaceX в Готорні (Каліфорнія) проливатимуться ріки шампанського. 8 років компанія возила на міжнародну космічну станцію вантажі NASA, а тепер агентство довірило їй найцінніше — людей. Цього року SpaceX вже відправляла астронавтів на МКС, але то був тестовий політ. Тепер її космічний корабель Crew Dragon здійснить робочу поїздку.
Для NASA це теж велика подія, адже раніше його людей на орбіту доставляв «Роскосмос». Тепер агентство знову відправлятиме астронавтів з флоридського мису Канаверал, а не з далекого казахстанського Байконура. Для американців це звучить гордо, але навряд чи адміністрація NASA довірила б SpaceX перевезення людей виключно з патріотичних почуттів. У компанії Ілона Маска був і інший сильний аргумент — гроші. Одне місце в Crew Dragon коштує $55млн, а в російському космічному кораблі «Союз» — $86 млн.
SpaceX домоглася такого зниження вартості перш за все тому, що її ракети-носії, на відміну від російських, можна використовувати повторно. Сьогодні це бажана технологія в сфері космічних запусків. Конкуренти Маска по всьому світу прагнуть до створення ракет багаторазового використання. Але чи є у цієї технології альтернативи? Чи можна доправляти людей і вантажі до орбіти взагалі без ракет? У вчених і інженерів є кілька ідей.
Космічний ліфт
Російського вченого Костянтина Ціолковського вважають одним з батьків космонавтики. У 1903-му році він опублікував формулу, що встановила взаємозв'язок швидкості ракети, її маси, що змінюється при згорянні палива та швидкості вильоту газів із сопла. Тим самим він заклав основу для розвитку ракетобудування. Але до цього йому спадала на думку інша цікава ідея.
У 1895-му році Ціолковський побачив новозбудовану Ейфелеву вежу і уявив собі ще грандіознішу споруду — вежу, що сягає космосу. На її вершині — «небесний замок» (сьогодні ми назвали б його космічною станцією), до якого протягнутий міцний трос. По ньому між землею і «замком» курсують вагони, які перевозять людей і вантажі. Так народилася концепція космічного ліфта.
Протягом XX століття вчені різних країн допрацьовували її, продумували нові деталі. Космічний ліфт знайшов своє місце і в науковій фантастиці. Подібну споруду описував Артур Кларк у романі «Фонтани раю» (1978) і Кім Стенлі Робінсон в «Червоному Марсі» (1993). У XXI столітті концепцією захопилися і підприємці.
Так, у 2012 році японська будівельна компанія Obayashi представила свій концепт космічного ліфта. Її задум передбачає будівництво наземної станції в районі екватора, від якої в космос тягнеться трос довжиною 96 тис. км з противагою на кінці. Обертання Землі утримуватиме трос натягнутим. На висоті 36 тис. км розміститься космічна станція, оснащена сонячними панелями, які забезпечать споруду електроенергією. З наземної бази в космос підніматимуться вагони зі швидкістю близько 200 км/год, тож подорож до станції триватиме близько тижня.
В цілому концепт Obayashi відповідає сучасним уявленням вчених і інженерів про те, як повинен виглядати і працювати космічний ліфт. Однак проєкт ще далекий від втілення в життя. До теперішнього часу японська компанія провела лише скромний експеримент. У 2018-му вона відправила на МКС пару маленьких супутників, з'єднаних тросом, аби подивитись, як один апарат притягнеться до іншого на орбіті. Це малий крок на довгому шляху. Але Obayashi все ж таки планує побудувати ліфт до 2050-го року.
«Космічний ліфт — Святий Грааль космонавтики», — каже Мічіо Кайку, американський фізик і популяризатор науки.
Сьогодні така споруда видається такою само недосяжною, як і чаша Христа. Основна проблема полягає в тому, що людство поки не створило матеріал, з якого б можна було зробити досить міцний трос для ліфта. Близько 30 років тому вчені відкрили вуглецеві нанотрубки, які можна було б використати для цього, але поки вони виходять закороткими. Дослідники ще не виробляли трубок, довших за 65 см.
Та, можливо, чекати створення нового матеріалу і не потрібно. Минулого року студент Колумбійського університету Зефір Пенойре і доктор Емілі Сендфорд з Кембриджу запропонували альтернативне рішення: побудувати ліфт від Місяця до Землі. Точніше, до станції на геосинхронній орбіті на висоті 42 тис. км. Їх ідея базується на тому, що обертання Місяця утримуватиме трос до станції натягнутим, як і у випадку з наземним ліфтом. Але для створення такого троса підійдуть й існуючі сьогодні матеріали. Діставатися до орбіти, можливо, доведеться по-старому, ракетами. А от паливо для польотів на Місяць не знадобиться.
Космічний трамвай
Чим ви розважаєте себе, стоячи в пробці? Ймовірно, слухаєте музику або читаєте книгу. А ось американський фізик Джеймс Пауелл знайшов серйознішу розвагу. Одного разу в 1961 році він застряг в пробці на одному з мостів Нью-Йорка. Тоді Пауелл подумав: а що як рішення проблем з трафіком — транспорт, який піднімається в повітря за допомогою потужних магнітів. Він покликав на допомогу свого колегу Гордона Данбі і через 7 років вони представили концепцію, яка заклала основу для створення поїздів на магнітній підвісці. Їх ще називають маглевами.
На початку XXI століття Пауелл вирішив розвинути свою ідею. Узяв у напарники авіаційного інженера Джорджа Мейса, щоб адаптувати технологію магнітної левітації для космічних запусків. Разом вони розробили концепт під назвою StarTram (з англ. «зоряний трамвай»).
Проєкт передбачав будівництво тунелю довжиною близько 130 км, що проходить по землі і ближче до кінця здіймається в небо на висоту до 6 км. У ньому космічний апарат під дією магнітних сил розганявся б у вакуумі і вилітав з труби на швидкості 8,8 км/сек. Таким чином Пауелл і Мейс хотіли доправляти до орбіти вантажі. За їхніми розрахунками, ціна доправлення становила б $20-50 за кг. У SpaceX ціна становить близько $5 тис.
Пізніше дует вчених представив концепт пасажирської версії StarTram з тунелем, що тягнеться майже на 1,5 тис. км і здіймається в небо на 21 км.
Звичайно, будівництво такої колосальної пускової системи потребуватиме серйозних інвестицій. Пауелл і Мейс оцінили вантажну версію в $20 млрд, а пасажирську — в $60 млрд. Автори проєкту зіткнуться і з іншими труднощами, окрім пошуку грошей. Наприклад з тим, як підняти трубу на 20-кілометрову висоту.
Втім, поки до вирішення цих завдань не дійшло. У 2010-му Джон Разер, колишній помічник директора NASA з космічних технологій, казав, що StarTram пройшов через «вбивчу раду» (комітет, який проводить критичну оцінку проєктів). Але в останні роки про космічний трамвай не згадували. У 2019-му Джеймс Пауелл помер. Тож наразі StarTram залишається просто проєктом. Амбітним, але нереалізованим.
Космічна гармата
У 1865-му французький фантаст Жуль Верн опублікував роман «Із Землі на Місяць», більш відомий під назвою «З гармати на Місяць». За сюжетом, група хоробрих мандрівників вирушила на земний супутник в гарматному снаряді. Через 104 роки людство, нарешті, дісталося до Місяця за допомогою ракет. Але ідея космічних запусків з гармати так і залишилася фантастикою. Для всіх, крім американського фізика Джона Хантера.
У 2010-му він запропонував проєкт гармати для доправлення вантажів на орбіту. Її конструкція передбачала камеру згоряння, заповнену природним газом і розміщену всередині ще більшої камери з воднем. Спалювання природного газу викликало б нагрівання водню. При підвищенні його температури до 1430˚C тиск в камері зростав би на 500%. Після цього відкривався б клапан водневої камери, і гарячий газ виходив би у ствол довжиною 1,1 км, виштовхуючи снаряд.
Людина б не пережила шалених перевантажень під час такого запуску, тож система Хантера призначалася лише для відправлення вантажів. За розрахунками вченого, снаряд з 450 кг вантажу «на борту» вилітав би з гармати зі швидкістю 6 км/сек. Далі невеликий реактивний двигун допомагав би йому дістатися до орбіти.
Хантер хотів розмістити гармату приблизно в 0,5 км під поверхнею води в районі екватора.
До проєкту вчений поставився досить серйозно, щоб заснувати компанію під назвою Quicklauncher і покликати до неї пару колег. Але далеко Хантер не зайшов. У 2016-му році він зупинив роботу над проєктом через SpaceX. Він відзначав, що прогрес компанії Ілона Маска в сфері космічних запусків не залишив Quicklauncher місця в сучасному світі.
Втім, космічні технології — це сфера, де ідеї, які здаються сьогодні божевільними, через кілька десятиріч можуть втілитися у життя. Врешті, ще донедавна ідею Ілона Маска використовувати повторно ракети-носії теж вважали божевіллям.
