IT-байки: ползком на орбиту или как роботы подружились с нанотрубками

Это произошло совсем недавно, почти в наше время. Два представителя разумной расы Альдебарана, которая будет открыта в 2685 году и отнесена Нейреархом, этим Линнеем XXX века, к отряду Мегалоптеригия в подклассе Тельца, одним словом, две особи вида Мегалоптерикс Амбигуа Флиркс, посланные синцитиальной ассамблеей Альдебарана (называемой также окончательным собранием) для исследований возможности колонизации планет в районе VI парциального периферийного разрежения (ППР), прибыли сначала к Юпитеру. Взяли там пробы андрометакулястров и, установив, что таковые пригодны для питания телепата (о котором речь будет ниже), решили исследовать заодно третью планету системы - маленький шар, вращавшийся по скучной круговой орбите вокруг центральной звезды.

Возможно, что в последних наших историях мы несколько увлеклись нанотехнологиями, подзабыв про остальные сферы научно-технической деятельности. На минувшей неделе произошло событие, которое, будучи в некоторой степени связанное с нанотехнологиями, в то же время главным образом должно быть отнесено к научно-исследовательским проектам, направленным на освоение околоземного космического пространства. Речь идет о финале конкурса «космических лифтов», прошедшем 22 октября в исследовательском центре NASA Ames Research Center в Калифорнии. Напомним, что главная задача проекта «космического лифта», разрабатываемого уже несколько лет, заключается в том, чтобы реализовать более дешевый и экологически безопасный способ доставки грузов на околоземную орбиту, нежели с использованием ракет-носителей. Разумеется, речь идет о беспилотных летательных аппаратах, на долю которых приходится подавляющее большинство пусков ракет с земных космодромов. Для этого была предложена следующая идея: использовать робота, поднимающегося по тросу, прикрепленному к спутнику. Причем спутник может находиться как на геостационарной, так и на круговой орбите – нижний конец троса вовсе не обязательно должен находиться на поверхности Земли, как это и показано на рисунке. Для доставки грузов к нижнему концу троса предполагается использовать стратоплан, с которого будет запускаться небольшая многоразовая ракета-носитель (см. демо-ролик). Впрочем, может быть реализован и вариант, при котором нижний конец троса жестко прикреплен к Земле. Оставив в стороне рассуждения о том, насколько перспективен проект с точки зрения законов сохранения импульса, момента импульса и энергии – в конце концов, «космическим лифтом» можно будет доставлять на спутник и топливо для коррекции его орбиты (разумеется, небольшими порциями); отметим главное его преимущество – использование полностью многоразовых компонент, что должно будет значительно снизить количество «мусора» как на орбите, так и падающего на Землю. Однако, есть и ряд технических сложностей – во-первых, необходимо создать материал троса, прочный и легкий, а во-вторых, устройство-робота, способного подниматься с грузом по такому тросу. Обе эти задачи, помимо практического, представляют и несомненный научный интерес. Причем, возможно, что не только со стороны Землян – если приглядеться, то на одной из фотографий, сделанных в ходе конкурса, можно увидеть неопознанный летающий объект. В ходе конкурса предполагалось выявить по одному победителю в двух номинациях – подходящего для космического лифта троса и «робота-тросолаза». Каждый победитель, как сообщается в пресс-релизе NASA, должен был получить по 100 тысяч долларов в качестве призового вознаграждения. Кроме того, за успешное решение задач создания космического троса (space tether) и «лучевого электропитания» (beam power) фондом Spaceward была обещана награда по 500 тысяч долларов в рамках ежегодного конкурса Centennial Challenge («вызов века»). Однако, награды от NASA никто так и не получил: роботы, представленные на конкурсе «тросолазов», либо попросту не доползали до верха 400-футовой (120-м) вышки, либо ползли слишком медленно – по требованиям агентства, скорость перемещения робота должна была быть не менее 2 м/с. Более того, пройти «квалификацию» - перед выходом в финал нужно было преодолеть 100-футовую (30-м) высоту – оказалось под силу далеко не всем представленным решениям. В финал мероприятия, тем не менее, попали четыре команды: «Космические пираты Канзас-Сити» (Kansas City Space Pirates), «Технологические магнаты» (Technology Tycoons), «Университет Британской Колумбии» (University of British Columbia, UBC) и USST (University of Saskatchewan Space Design Team). Питание роботов трех первых команд осуществлялось при помощи солнечных батарей, причем для увеличения количества попадающего на батареи света использовались зеркала (на фото выше), и только USST использовала излучение мощного лазера для «подпитки» своего детища. Кстати, помимо зеркал, одна из команд использовала сфокусированный свет мощных прожекторов, правда, так и не прошла квалификацию. Ближе всех к цели оказался робот USST - ему удалось подняться на высоту, правда, не с первой попытки, и до преодоления планки скорости в 2 м/с не хватило совсем чуть-чуть. Что касается испытаний перспективных материалов для космического троса, то они проводились следующим образом: два испытуемых образца (кольца окружностью 2 м и массой не более 2 г) одновременно помещались на разрывный стенд (на фото выше) и подвергались механическому растяжению до тех пор, пока один из них не обрывался. Выдержавший все испытания образец должен был «сразиться» с эталонным образцом из коммерческого материала, правда, имеющим в полтора раза больший вес. Только победив в таком «изначально нечестном» соревновании, создатель нового материала мог рассчитывать на приз в 500 тысяч долларов. На конкурс материалов для «космического троса» было представлено всего две разработки: команд Astroaraneae («Космические пауки») и «Дельта-Икс» (Delta-X) из Массачусетского Технологического Института (MIT). Последняя разработка представляла особенный интерес, так как была создана на базе углеродных нанотрубок (на фото выше). Однако, оба представленных на соревновании кольца (массой 2 и 1,3 г) не выдержали конкуренции с материалом Astroaraneae, разорвавшись практически сразу. Впрочем, представители MIT и не скрывали, что не испытывают особых надежд на победу, так как не ожидают готовности материалов из нанотрубок до 2010 года. В свою очередь, Astroaraneae, выиграв состязание с нанотрубками, отказались соревноваться с эталонным материалом, заявив, что уверены в своем проигрыше и участвовали в конкурсе лишь ради того, чтобы подтвердить свое текущее превосходство над конкурентами. Надо сказать, что материал Astroaraneae (формула его держится в секрете – кто знает, может, это действительно паутина? Ведь не зря же у этой команды такое название) весьма неплох и в прошлом году выиграл соревнование с кольцом из эталонного материала такой же массы, но не смог «победить» трехграммовое кольцо, без чего невозможно присуждение приза в 500 тысяч долларов. Таким образом, приз остался не разыгранным и в этом году, а значит, на соревнованиях 2008 года выигрыш победителя сможет составить 900 тысяч долларов (500 тысяч призовых этого года плюс 400 тысяч долларов, которые предстоит разыграть в 2008 году). Если, конечно, Astroaraneae или кому-то еще всё же удастся превзойти эталонный материал с 50% запасом. Кроме того, не следует забывать, что требования, предъявляемые к претендентам, каждый год возрастают. Так, в прошлом году от роботов-тросолазов требовалось подняться на 60-метровую высоту со скоростью 1 м/с. В этом году были удвоены и высота, и требование к минимальной скорости. Скорее всего, что в будущем году требования к роботам будут также увеличены, что делает и без того сложную задачу практического воплощения идеи «космического лифта» ещё сложнее. Кроме того, роботы должны уметь карабкаться по тросу, роль которого в настоящее время выполняет вечно рвущаяся специальная лента, в непростых метеоусловиях – в ходе соревнований претендентам мешали не только высота, но также ветер и дождь. С другой стороны, на кону уже по 900 тысяч долларов – есть за что бороться. Материалы по теме: - The space elevator blog