"Космический лифт" свяжет Марс и Землю

По сообщениям пресс-службы NASA, нанотехнологии и биомиметика станут неотъемлемой частью будущих космических проектов. Космический центр Джонсона (JSC) делает упор на развитие технологий, ориентированных на использование углеродных нанотрубок. Сейчас JSC работает над усовершенствованием технологий массового производства однослойных углеродных нанотрубок.

Нанотрубки характеризуются высокой жесткостью, и поэтому материалы на их основе могут вытеснить большинство современных аэроконструкционных материалов. Композиты на основе нанотрубок позволят уменьшить вес современных космических аппаратов почти вдвое.

Исследователи из NASA и компания LiftPort Inc. предлагают упростить вывод крупных объектов на орбиту, используя систему, названную ими "Космическим лифтом". Вот как объясняет концепцию космического лифта доктор Брэдли Эдвардс в отчете NIAC:

"Космический лифт - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на геосинхронизированной орбите в космосе (на высоте 100 000 км). Гравитационное притяжение нижнего конца ленты компенсируется силой, вызванной центростремительным ускорением верхнего конца. Таким образом лента постоянно находится в натянутом состоянии.

Изменяя длину ленты, можно достигать разных орбит. Космическая капсула, содержащая полезный груз, будет передвигаться вдоль ленты. Для начального старта капсулы потребуется усилие, но, как только она будет приближаться к концевой станции, ее скорость будет увеличиваться из-за центростремительного ускорения всей системы. На конечной станции, если это необходимо, капсула отсоединяется от лифта и выходит в открытый космос.

Скорость капсулы при этом будет составлять 11 км/с. Этой скорости будет достаточно для того, чтобы начать путешествие к Марсу и другим планетам. Таким образом, затраты на пуск капсулы будут только в начале ее пути на орбиту. Спуск будет производиться в обратном порядке - в конце спуска капсулу будет ускорять гравитационное поле Земли. Можно использовать космический лифт в качестве "пусковой платформы" для космических кораблей, запускаемых к другим планетам (Марсу, Венере, Луне), спутникам и астероидам. Это поможет сократить расходы, связанные с традиционным запуском ракет. Также можно построить лифт грузоподъемностью до 100 тонн, что позволит строить на орбите большие колонии и орбитальные станции".

Однослойные углеродные нанотрубки, изобретенные в 1991 году, достаточно прочны для того, чтобы служить основой ленты лифта. Они прочнее стали в 100 раз и, теоретически, в 3-5 раз прочнее, чем необходимо для постройки лифта. Правда, самые длинные нанотрубки, которые удалось изготовить, имеют длину в несколько сантиметров. А это даже не километр, не говоря о 100 тыс. километрах. Но совсем нет необходимости делать всю ленту длиной 100 тыс. км из цельных нанотрубок. Отдельные фракции, состоящие из нанотрубок длиной до 2 сантиметров, будут иметь такую же прочность разрыва, как и длинные. Правда, исследователи из LiftPort пытаются найти методы соединения фракций в более длинные полосы без потери прочности. Как они утверждают, лента будет представлять собой полимерную структуру с включениями нанотрубок. Для ленты космического лифта алмазоид был бы универсальным материалом. Он будет характеризоваться большей прочностью, но, опять-таки, пока нет эффективных способов получения и массового производства алмазоидных материалов.

Однако первые успехи в области сверхпрочных материалов из нанотрубок уже достигнуты. Две различные команды исследователей из США и Австралии создали прозрачную ткань, состоящую из нанотрубок длиной 1 м и шириной 5 см. Ранее ученым удавалось получить нанотрубки длиной только несколько сантиметров.

Как и ожидалось, лента обладает высокой прочностью. Соотношение прочность/вес материала ленты выше, чем у стали высокой закалки. При этом ткань можно оборудовать органическими светодиодами, превратив ее в гибкий сверхтвердый OLED-экран.

Наноткань - это, конечно, не массив "цельных" нанотрубок, а композит, состоящий из переплетенного "леса" многослойных нанотрубок длиной 245 мкм и диаметром 10 нм. Образец таких спутанных нанотрубок длиной всего 1 см может "развернуться" в трехметровую ленту 18-микронной толщины. Если же использовать пластиковый цилиндр в качестве валка, по которому протягивается лента, то исходный материал можно раскатать до длины 10 м. Оборудование ученых обеспечивало "разворачивание" леса до 1 м в минуту.

Нанотрубки также будут весьма полезны при разработке наноэлектронных устройств , сверхмощных компьютеров и устройств памяти. Кроме этого, покрытые специальными белками нанотрубки могут входить в качестве ключевых компонентов в конструкцию биочипов-анализаторов.

Космический центр JSC опубликовал также основные цели сотрудничества с NASA:

Получить надежную технологию массового производства нанотрубок с заданными свойствами: длиной, чистотой, диаметром и хиральностью. Составить математическую модель процесса с тем, чтобы в будущем контролировать производство нанотрубок и улучшать их параметры.

Разработать и внедрить технологии тестирования и исследования нанотрубок и наноразмерных материалов.

Разработать несколько методов производства нанотрубок, позволяющих изменять их химические, тепловые, электрические и физические свойства.

Провести первоначальные исследования областей применения наноразмерных материалов.

Сформировать научную сеть академических, производственных и государственных организаций для поддержки проекта.

#gallery#

NASA и до обьявления о новом сотрудничестве занималось практическим внедрением нанотехнологий в аэрокосмическую отрасль. Надо полагать, что с этого момента в освоении космоса начинаются активно внедряться самые передовые технологии. Учитывая национальные приоритеты США в аэрокосмической области и объявление о начале новой космической программы президентом Бушем, можно ожидать появления в недалеком будущем нового класса устройств и материалов, разработанных с помощью нанотехнологий.