Аннотация: Малоизвестные сложности, которые помешают фантастическому проекту космического лифта.
Давно известна и часто воспевается в научно-популярных статьях идея космического лифта. Это трос ведущий с поверхности в космическое пространство, который удерживает за счет центробежной силы груз вращающийся вместе с планетой. Главной проблемой обычно считается из каких сверхпрочных материалов сделать легкий трос длиной тысячи километров, но материалы такие теоретически возможны.
Поднимать грузы по тросу гораздо дешевле чем запускать на ракете, которая слишком расточительно расходует топливо. Вот такая простая идея, и она вроде бы теоретически правильна. Но гладко только на бумаге. У космического лифта есть некоторые проблемы, о которых почти не упоминают.
В атмосфере находится самая нижняя часть троса, этот отрезок очень мал в сравнении с тысячами километров в пустоте, но самые большие сложности могут поджидать именно там.
Трос может быть из какого-то сплава или из популярного сейчас графена, но он тоже очень электропроводен. В результате космический лифт оказывается самым большим громоотводом.
И дело не только в обычных грозах. Между поверхностью планеты и ионосферой всегда есть значительное напряжение. И через трос ионосфера будет постоянно разряжаться. Даже если трос сделать из не элекропроводных материалов то это не особо поможет, при таких напряжениях заряд идет и по поверхности, особенно если будет конденсация влаги. Кстати, нельзя забывать и про возможность обледенения при прохождении облаков.
В плотных слоях атмосферы трос будет раскачивать ветром, что породит вибрации, которые могут распространяться по тросу и выше. Выше тропосферы ветер сильнее, но он более постоянен (западный перенос) и меньше плотность воздуха. Проблема в том, что на разных высотах сила и направление ветра может отличаться, что осложнит гашение колебаний троса.
Поднимаемся выше.
В стратосфере и ионосфере, как следует из ее названия, молекулы газа ионизированы или образуют нестойкие активные соединения вроде озона. Возможно они будут вызывать некоторую коррозию, не могу сказать насколько сильную. Но это медленный процесс, поэтому не будем тратить время и поднимемся еще выше.
Хотя если вспомнить про возможность при таких напряжениях образования на тонком проводе коронного разряда то в ионизированной среде будет не просто коррозия, а более сложное электрохимическое явление.
Следующая проблема тоже связана с электропроводностью. Во время магнитных бурь в длинных проводниках из-за магнитной индукции возникает ток, например в линиях электропередачи или в нефтепроводах. Но трос космического лифта многократно длиннее любого нефтепровода или любого наземного кабеля, поэтому магнитные бури будут наводить в нем очень серьезные токи.
Разумеется, что у кого-то появится идея, что эту энергию можно извлекать с пользой. Но токи от магнитной бури не отличаются постоянством - то их долго нет, то они вдруг неожиданно сильны.
Воздействие магнитных бурь начнет так же раскачивать трос. И этим тоже нельзя пренебрегать, неравномерное тормозящее-толкающее действие на длинный проводник в переменном магнитном поле будет серьезнее чем небольшая парусность в солнечном ветре, которую со временем тоже придется корректировать.
Кроме индукционно наведенных токов будет еще статическая электризация из-за облучения Солнцем в вакууме, что вместе с нижними атмосферными эффектами делает трос лифта уж совсем интересным электротехническим объектом...
Длина космического лифта такова, что он находится в радиационных поясах планеты. Там движутся заряженные частицы, которые отклонило магнитное поле Земли, на некоторое время удерживая их и накапливая.
Основным источником этих частиц является Солнце. Солнечный ветер в основном состоит из протонов и ионов гелия, которые будут бомбардировать поверхность троса. И наибольшее влияние окажут протоны.
Вот это самая серьезная проблема из перечисленных.
Дело в том, что ион водорода - это элементарная частица. То есть протон может легко проникать вглубь металла, становясь в нем таким же переносчиком электрического тока как и электроны проводимости, но при этом приходится еще учитывать химию.
К примеру, для водорода сложнее сделать газопровод, потому что водород (в виде протонов) начинает просачиваться прямо через стенки трубы. Растворение водорода в металле называется окклюзией. Насыщенный протонами металл становится хрупким, резко теряет свои прочностные свойства. Ни о какой сверхпрочности троса уже не может быть и речи. Он будет ломким даже по меркам обычных бытовых сплавов.
По металлическому тросу могут течь протонные токи, осаждаясь водородом в дислокациях волокон, то есть в самых уязвимых местах, но если сделать трос из графена то ситуация не станет лучше. Протоны будут вступать в реакцию с углеродом, с такими углеводородными молекулами волокна резко потеряют прочность, делая фантастический материал годным только как топливо.
Гораздо меньше у космического лифта проблем на безвоздушных объектах вроде Луны, где нет капризов атмосферы. Но получается, что и там не всё так просто.
Есть еще проблемы вроде влияния давления солнечного ветра, но они поддаются периодической коррекции и не столь значительны по сравнению с проблемой протонирования солнечным ветром и потери прочности троса.