ходу, будут перемещаться по кабелю вверх и вниз, перенося спутники и зонды, которые нужно вывести на земную орбиту или дальше. С помощью этого лифта, на самом верху можно будет построить в космосе стартовую площадку для космических аппаратов, отправляющихся к Луне, Марсу, Венере и астероидам. Оригинально решена проблема подачи энергии к самим лифтовым "кабинам". Трос будет покрыт солнечными батареями, обеспечивающими энергию подъемника, либо кабины будут оснащены сравнительно небольшими фотоэлектрическими панелями, которые с Земли будут подсвечивать мощные лазеры.
Ученые предлагают разместить наземную базу космического лифта в океане, в восточных экваториальных водах Тихого океана, за сотни километров от маршрутов коммерческих авиарейсов. Известно, что ураганы никогда не пересекают экватор и здесь почти не бывает молний, что обеспечит лифту дополнительную защиту.
Космический лифт описан в произведениях Циолковского, а также писателяфантаста Артура Кларка, а проект строительства такого лифта был разработан ленинградским инженером Юрием Арцутановым в 1960 году. Долгие годы активным пропагандистом идеи космического лифта был астраханский ученый Г.Поляков.
Но до сих пор никто не мог предложить материал такой легкости и прочности, чтобы из него можно было бы сделать космический трос. До недавнего времени самым прочным материалом являлась сталь. Но изготовить из стали трос в несколько тысяч километров не представляется возможным, так как даже упрощенные расчеты говорят о том, что стальной трос необходимой прочности рухнул бы под собственной тяжестью уже на высоте в 50 км.
Однако с развитием нанотехнологий появилась реальная возможность изготовить трос с нужными характеристиками на основе волокон из сверхпрочных и сверхлегких углеродных нанотрубок. Пока никому не удалось сделать кабель из нанотрубок длиннее, чем на метр, но, по уверениям разработчиков проекта, технологии производства нанотрубок совершенствуются ежедневно, так что подобный кабель вполне может быть сделан уже через несколько лет.
Главный элемент подъемника - трос, один конец которого крепится на поверхности Земли, а другой теряется в далеком космосе на высоте около 100 тыс., км. Этот трос будет не просто "болтаться" в космическом пространстве, а будет натянут, как струна, благодаря воздействию двух разнонаправленных сил – центробежной и центростремительной.
Чтобы понять их природу, представьте, что вы привязали к веревке какойнибудь предмет и начали его раскручивать. Как только он приобретет определенную скорость, веревка натянется, потому, что на предмет действует центробежная сила, а на саму веревку - сила центростремительная, которая ее и натягивает. Нечто подобное произойдет и с поднятым в космос тросом. Любой объект на его верхнем конце или даже сам свободный конец будет вращаться, подобно искусственному спутнику нашей планеты, только "привязанному" особой "веревкой" к земной поверхности.
Уравновешение сил будет происходить, когда центр массы гигантского каната находится на высоте 36 тысяч километров, то есть на так называемой
46
геостационарной орбите. Именно там искусственные спутники висят неподвижно над Землей, совершая вместе с ней полный оборот за 24 часа. В этом случае он будет не только натянут, но и сможет постоянно занимать строго определенное положение - вертикально к земному горизонту, точно по направлению к центру нашей планеты.
Для начала строительства космического лифта необходимо будет совершить пару полетов на космических челноках. Они и специальная платформа со своим автономным двигателем доставят 20 тонн троса на геосстационарную орбиту. Затем предполагается опустить на Землю один конец троса и закрепить где-то в экваториальной зоне Тихого океана на платформе, похожей на нынешнюю стартовую площадку для запуска ракет.
Затем проектировщики рассчитывают пустить по тросу специальные подъемники, которые будут добавлять все новые и новые слои нанотрубочного покрытия к тросу, наращивая его прочность. Этот процесс должен занять пару-тройку лет, после чего первый космический лифт будет готов.
Любопытные совпадения: в 1979 году писатель Артур Кларк в своем фантастическом романе "Фонтаны рая" выдвинул идею "космического лифта" и предложил заменить сталь на некий сверхпрочный "псевдоодномерный алмазный кристалл", который и стал основным строительным материалом для данного приспособления. Самое интересное, что Кларк почти угадал. Нынешний этап интереса к проекту строительства космического лифта связан именно с углеродными кристаллами – нанотрубками, обладающими такими замечательными свойствами, с которыми мы уже познакомились.
И что совсем уж удивительно, так это то, что физика - одного из участников разработки космического лифта - зовут Рон Морган. Морганом же звали и персонажа романа Артура Кларка - инженера, построившего космический лифт!
Морган настоящий прогнозирует, что первый лифт в космос человечество сможет построить всего через 12-15 лет, что он будет способен поднимать до 20 тонн грузов каждые 3 дня, а его предварительная стоимость достигнет 10 миллиардов долларов.
Политическая ситуация
Нанотехнологии имеют большое военное будущее. На военные наноисследования в 2003 году США потратили $201 млн. В военной сфере также активны Великобритания и Швеция. Как предполагается, в 2008 году будут представлены первые боевые наномеханизмы. Военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия "невидимости" (известны самолеты-невидимки, созданные на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, самовосстанавливающитеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений.
Производители уже получают первые заказы на наноустройства. К примеру, армия США заказала компании Friction Free Technologies разработку военной формы будущего. Компания должны изготовить носки с использованием
47
нанотехнологий, которые должны будут выводить за пределы носков пот, но сохранять ноги в тепле, а носки в сухости.
Чрезвычайно интересен проект исследовательской организации "Институт нанотехнологий для солдат" при Массачусетском технологическом институте. На предстоящие пять лет институт получил гранд ВС США в размере $50 млн. на разработку материалов для солдатской формы средствами нанотехнологий. В проекте принимают участие около 150 сотрудников, включая 35 профессоров Массачусетского технологического института, а также военные специалисты.
Униформа будущего "наносолдата" должна уметь отражать пули, самостоятельно лечить раны своего хозяина, повышать его способности, быть невидимыми и позволять ходить по отвесным стенам. В отличие от своих средневековых аналогов, "нанокольчуга" будущего, основанная на молекулярных технологиях будет легкой и удобной.
Для защиты от поражения огнестрельным оружием, может быть создан так называемый экзоскелет - специальный костюм, повышающий свою плотность в месте удара пули.
Еще одна идея - вплетать в ткань волокна органических полимеров, отражающие свойства которых зависят от механических напряжений либо электрических полей. Это сделает солдата "невидимым" для стандартных систем обнаружения, использующих различные виды излучения, поскольку в сочетании с массивом микромеханических датчиков эти нановолокна смогут воссоздавать прохождение света таким образом, как если бы солдата не было в данном месте.
При этом солдатам не обязательно носить на себе еще и электрогенератор, чтобы обеспечить электропитание собственного обмундирования - искусственные мускулы, разрабатываемые в настоящее время в Массачусетском технологическом институте, позволяют преобразовывать механическую энергию движения и накапливать её наподобие аккумулятора. Солдат сможет сначала поднакопить запасы энергии в ткани, а затем использовать ее, чтобы перепрыгнуть через высоченную стену. Прямо как в компьютерных играх - чтобы высоко и далеко прыгнуть, надо какое-то время просто идти.
Экология
Нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений - нанотехника восстановит озонный слой, очистит от загрязнений почву, реки, атмосферу, океаны, демонтирует заводы, плотины, рудники, запечатает радиоактивные отходы в вечные самовосстанавливающиеся контейнеры.
Следы промышленной деятельности почти исчезнут с лица Земли, сократятся сельскохозяйственные угодья, большую часть планеты покроют сады и естественные экосистемы...
С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около
48
90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за энергосистемами позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества.
Опасности, которыми не следует пренебрегать.
Восторженно предвкушая те положительные изменения, которые принесет с собой промышленная революция в нашу жизнь, не стоит быть настолько наивным, чтобы не задуматься о возможных опасностях и проблемах. Поэтому многие крупные ученые современности не зря пытаются привлечь внимание общественности не только к позитивным перспективам будущего, но и к их возможным негативным последствиям.
Билл Джой, со-основатель и ведущий ученый Sun Microsystems в Пало Альто, штат Калифорния, утверждает, что исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены перед тем, как это навредит человечеству.
Его опасения поддержала еще одна группа нанотехнологов, выпустив так называемый «Foresight Guidelines» т.е. “линии поддержки Института предвидения”. Как и Джой, они считают, что стремительній рост нанотехнологий выходит из-под контроля. Но, вместо простого запрета на развитии исследований в этой области, они предложили установить правительственный контроль над опасными исследованиями. Такой надзор, они доказывали, сможет предотвратить случайную катастрофу в этой области.
Страхи перед нанотехнологиями начали появляться с 1986 года, после выхода в свет "Машин созидания" Дрекслера, где он не только нарисовал утопическую картину нанотехнологического будущего, но и затронул "обратную сторону" этой медали. Одну из проблем, которая представляется ему наиболее серьезной, он назвал проблемой "серой слизи" ("grey goo problem"). Опасность серой слизи в том, что нанометровые ассемблеры, вышедшие из-под контроля в результате случайной или намеренной порчи их систем управления, могут начать реплицировать сами себя до бесконечности, потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая леса, заводы, домашних животных и людей. Расчёт показывает, что теоретически такой ассемблер со своим потомством окажется в состоянии переработать всю биомассу Земли за считанные часы (правда, без учёта времени на перемещение по поверхности планеты).
Предварительный анализ показывает, что ассемблер может быть сделан достаточно надёжным, чтобы вероятность появления самовоспроизводящейся ошибки оказалась пренебрежимо малым. Однако неразумно полностью исключить опасность преднамеренного программирования ассемблера маньяком или хулиганом, подобным современным создателям компьютерных вирусов.
В своих опасениях Джой опирается на то, что гипотетические части футуристических микромашин уже выпущены и встают на свои места. «Один из компонентов ассемблера – электронное устройство молекулярных размеров - говорит Джой - сейчас реализовано».
49
Далее он узнал, что саморепликация уже давно работает вне биологических систем: исследователи показали, что простые пептидные молекулы могут провоцировать свою собственную репродукцию. "Вот почему самореплицирующиеся машины становятся все более реальными, - заключил Джой - И от их реальности веет угрозой".
Другие ученые опровергают страхи перед "серой слизью", говоря о принципиальной невозможности преодолеть все практические трудности в создании подобных механизмов. «Все это высосано из пальца», - утверждает Блок. Будет ошибкой отталкиваться от того, что раз простые молекулы имеют способность к репродукции, то инженеры смогут построить сложные наномашины, умеющие делать то же самое. Что касается биологических систем, то они, конечно, способны к репликации, но, во-первых, они намного больше нанометрических масштабов, а во-вторых, фантастически сложны по своей структуре, поскольку включают в себя отдельные системы для хранения и копирования генной информации, системы энергопроизводства, синтеза белков и др.
«Даже природа не сделала нанометрической структуры, способной к репликации», - замечает Виола Вогель, наноученый Университета Вашингтона, штат Сиэтл.
Тем не менее возможны другие сферы злоупотребления использованием нанотехнологий. На одной из встреч, посвященных обсуждению их развитию, представители научного общества, исследовательских центров и государственных агентств были собраны для обсуждения проблем в этой области, вызывающих беспокойство. Среди возможных проблем, особенно остро вставали вопросы следующего типа:
•Способна ли образовательная система обучить достаточно нанотехнологических специалистов?
•Может ли прогресс нанотехнологий подорвать традиционный бизнес и оставить тысячи людей без работы?
•Может ли снижение стоимости продукции благодаря нанотехнологиям и молекулярной биологии сделать их легкодоступными для террористов для того, чтобы разработать опасные микроорганизмы?
•Каким будет эффект от вдыхания некоторых веществ, которые в настоящее время формируются в молекулярном масштабе? Исследования показали, что та же нанотрубка, представляющая собой соединение сверхтонких игл, имеет структуру, похожую на асбест, а этот материал при вдыхании вызывает повреждение легких.
•Что случится, если в окружающую среду будет выпущено большое количества наноматерий, начиная от компьютерных чипов и заканчивая краской для самолетов? Не будут ли наноматериалы вызывать аллергию?
•Когда Майкл Фарадей создавал коллоидную суспензию золота, состоящую из крошечных частиц металла, он увидел что ее цвет менялся на фиолетовый. Значение этого открытия очень важно для нанотехнологии. Не окажутся ли материалы, считавшиеся безопасными в обычной форме, опасными для здоровья, когда их используют в форме наночастиц? Теоретически, они могут оказаться более химически активными.
50