Диагност - Сергей Бикмаев

Ну, а Влад, тем временем, удостоился мантии академика, став самым молодым академиком за всю историю Академии наук. По традиции, в здании Академии закатили небольшой банкет. Пришло поздравление от государя и канцлера. Академику полагалась государственная материальная помощь и налоговые льготы — целых десять лет можно не платить налоги! Правда, потом льгота истечёт. Владу предстояло расторгнуть договор с Минприроды и переезжать в Кедровую падь. Заимку выкупит казна и пришлёт нового егеря. Его роман с заповедником подошёл к концу, но впереди маячила новая задача, будоражащая мозг — орбитальный лифт.

Ещё во время разговора с Юсуповыми, у Влада закралось подозрение, что у них есть нечто, позволяющее им плевать на химические ракеты. Свои спутники он тоже вывел на орбиту с помощью Роскосмоса, на химических ракетах. Там, правда, была пара водородно-метановых двигателей на второй ступени и керосин-метановые — на первой. Тяга получалась вполне приличная, и можно было выводить до 100 тонн полезной нагрузки на низкую орбиту. Но что там делать? В невесомости много не наработаешь. Да и зачем крутиться вокруг Земли? Американцы слетали на Луну. Воткнули свой звёздно-полосатый матрас, собрали камешки и улетели обратно. Потратили кучу денег ради престижа и удовлетворения собственных амбиций. Учитывая, что у них там полтора миллиона бездомных и страшная наркотическая эпидемия. Ирландцы оседлали этот бизнес ещё сто лет назад, и население Британии и Старой Европы усиленно деградирует. Теперь за ними потянулись и Штаты. Вместо того, чтобы решать проблемы на Земле, их потянуло на Луну. Россия не пошла по этому пути. Она усиленно развивала спутниковую группировку, крупнейшую в мире. Облетели Луну без посадки, проверили космическое излучение и поняли, что в дальнем космосе — это ещё та гадость. Тащить на орбиту защиту — это сколько ж веса! И потом, для полётов в дальний космос нужно огромное количество энергии. На химии летать — самоубийство.

Ещё когда он запустил Бабая, то начал задавать ему вопросы по орбитальному лифту. В первом приближении задача выглядела так.

Предположения и упрощения:

Материал: Считаем, что у нас есть «идеальный» графен с пределом прочности около 130 ГПа (гигапаскалей) и плотностью примерно 2200 кг/м³. В реальности графен сейчас не производят в таких масштабах и с такими свойствами, но для оценки сойдет.

Геометрия: Представим, что тросы идут параллельно друг другу. Это упрощение, чтобы не мучиться с геометрией расходящихся тросов.

Нагрузка распределена равномерно: Считаем, что нагрузка распределена равномерно между четырьмя подъемными тросами.

Запас прочности: Всегда нужен запас, поэтому будем исходить из того, что реальная нагрузка не должна превышать 50 % от теоретического предела прочности. Это нужно, чтобы учесть всякие неожиданности и дефекты в материале.

Расчет:

Нагрузка от самих тросов: Самая большая проблема — это вес самого троса. Чем толще трос, тем больше он может поднять, но тем больше он весит сам. Это нужно сбалансировать.

Допустим, каждый трос имеет площадь поперечного сечения A (в квадратных метрах).

Сила тяжести одного троса: F_gravity = плотность * A * g * H, где:

плотность = 2200 кг/м³ (плотность графена)

g = 9.81 м/с² (ускорение свободного падения)

H = 36 000 000 метров (высота геостационарной орбиты)

Сила, которую может выдержать один трос: F_tensile = предел прочности * A * запас, где

предел прочности = 130 × 10^9 Па (предел прочности графена)

запас = 0.5 (запас прочности 50 %)

Условие прочности: Чтобы поднять что-то кроме самого себя, F_tensile должна быть больше, чем F_gravity. Разница пойдет на полезную нагрузку.

Вычисление полезной нагрузки:

Полезная нагрузка на один трос: F_payload = F_tensile — F_gravity

Общая полезная нагрузка на четыре троса: M_total = (4 * F_payload) / g, где M_total — общая масса, которую можно поднять.

Подставляем значения:

Чтобы получить конкретное число, нужно решить уравнение, где A — это неизвестная. Но можно прикинуть:

Если взять очень тонкий трос, скажем, с площадью сечения 1 мм² (1e-6 м²), то он сможет выдержать примерно 65 тонн. Но при этом он сам будет весить около 86 тонн, что вообще не имеет смысла.

Чтобы трос реально что-то поднимал нужно, чтобы соотношение F_tensile / F_gravity было больше 1. Оптимальное значение площади будет зависеть от того, насколько хорошо мы сможем контролировать качество графена и насколько большой запас надежности нам нужен.

Пример:

Допустим, мы смогли сделать трос с такой площадью сечения, что F_tensile в два раза больше F_gravity. Тогда на полезную нагрузку останется половина от F_tensile.

Распишем по порядку:

Сначала трос должен выдержать себя.

Добавим запас прочности (50 %).

Разделим на количество тросов и получим массу полезной нагрузки.

Что то вроде:

Предположим F_tensile = 100 тонн, а F_gravity = 50 тонн, осталось 50 тонн. 50 % от 100 тонн = 50 тонн. 50 тонн делим на 4 троса и получаем на каждый трос по 12.5 тонн, то есть 12 500 кг полезной нагрузки.

Важный нюанс:

В реальности задача будет гораздо сложнее. Нужно учитывать:

Динамические нагрузки (ускорение, торможение кабин).

Влияние космической среды (радиация, перепады температур).

Риск обрыва одного из тросов.

Эффект «усталости» материала со временем.

То, как будет выглядеть место крепления тросов к Земле и к противовесу на геостационарной орбите(Anchor).

Потом, конечно, появились графеновые нанотрубки и потом графеновая нанонить. Потом расчет показал, что графеновая нанонить свитая в тросы выдерживает гораздо больший вес. И что еще интереснее из этой самой нити можно «свить» корпус корабля, который может используя ядерные двигатели летать в дальний космос. Сам корпус из такой нити и будет нести функции защиты экипажа. Так что идея сейчас уже не выглядела такой уж неразрешимой. 3-Д принтер сможет готовить графеновую нанонить и достаточно к нему пристегнуть машинку для навивки тросов и вуа-ля. Но сначала нужны детальные расчеты и выбрать скалистую площадку под устройство якоря.

После переезда в Кедровую Падь Влад устроил там детальное обследование всей территории, сделал аэрофотосъемку, создал 3-Д карты местности, расставил на всех путях миграций животных и на въезде в заказник датчики движения. Площадь заказника — около полумиллиона гектаров, включая 30 километров береговой линии. По северной границе проходила Дальневосточная железная дорога и автотрасса. Было два сухопутных въезда — с автотрассы и от станции Кедровая — и один причал в бухте Нарвы. Река Барабашевка, входящая в экосистему, была местом нереста лосося. Домик умершего егеря стоял как раз на въезде с трассы, и туда Влад