«Я и моя команда создаём две транспортно-инфраструктурные отрасли: геокосмическую неракетную и наземную. Это то, что нужно всему человечеству, а не одной стране»
Инженер Мира Анатолий Юницкий о том, как разработка технологии неракетного освоения космоса привела к созданию струнного транспорта «второго уровня».
Тема космоса увлекала Анатолия Юницкого с детства. Когда он, будучи ребёнком, переехал с родными из Беларуси в посёлок недалеко от космодрома Байконур в Казахстане, то мог ночами наблюдать запуск ракет. Это зрелище одновременно завораживало и наводило страх. Ведь после каждого такого полёта случались нетипичные для той местности природные катаклизмы. Погрузившись в тему, будущий инженер понял, что ракеты вредят планетарной экологии, и задумался о том, как освоить космос, не используя их. Так, спустя время появилась идея создания общепланетарного транспортного средства (ОТС). В интервью Анатолий Юницкий рассказал о своём изобретении, почему техносферу нужно переносить в космос и как благодаря ОТС появился струнный транспорт.
— Анатолий Эдуардович, тема космоса заинтересовала вас ещё в детстве. Уже тогда вы начали конструировать ракеты из подручных материалов. Расскажите об этом подробнее.
— Да, вы правы. Я занялся сооружением ракет в 8 лет. Такого многообразия материалов, как сегодня, у меня не было. Использовал то, что под руку попадётся: бумагу, клей, фольгу. В качестве горючего — порох. Время было послевоенное, и недалеко от моей деревни Крюки в Беларуси находился взорванный партизанами немецкий склад боеприпасов. Там я и добывал порох. Первые мои попытки, увы, не заканчивались успешно. Порох от снарядов не подходил для ракет, и они часто взрывались. Тогда я решил изобрести своё топливо. Оно состояло из трёх компонентов, которые я мог раздобыть в деревне: древесного угля, азотных удобрений и серы. Позже оказалось, что это была разновидность дымного пороха.
Когда мне было 12, мы с матерью и сестрой переехали из Беларуси в Казахстан и обосновались в посёлке Никольский, вблизи Джезказгана. Шёл 1961 год. Как раз тогда полетел в космос Юрий Гагарин. Для Союза это было большое событие, которым гордилась вся страна. А мальчишки вроде меня, конечно, хотели быть похожими на великого космонавта и увлекались темой космоса. Я безумно любил смотреть на звёзды, которых в степи Казахстана было бесчисленное множество. Наш дом там находился в паре сотен километров от космодрома Байконур, и ночью можно было наблюдать запуск ракет. Я продолжал увлекаться их конструированием. Пробовал самостоятельно получить оптимальный состав ракетного топлива и самодельного твёрдотопливного двигателя, сделанного из бумаги, пропитанной клеем. Стремился полностью контролировать высоту полёта, время и расстояние, место посадки, возможности и границы.
Спустя время мои трёхступенчатые ракеты стали подниматься на высоту 2 км. Однажды я даже решил поставить эксперимент и запустил в воздух полевую мышь. Я сконструировал специальный пиропатрон, который выстреливал пассажирскую капсулу, а «космонавт» должен был спуститься с высоты на парашюте из папиросной бумаги. В итоге опыт удался. Я рассчитал всё так, что мышь не пострадала и благополучно опустилась на землю. Можно сказать, что благодаря своему юношескому увлечению я стал учиться искать нестандартные решения.
— И таким решением для освоения космоса стало ОТС — общепланетарное транспортное средство. Почему ракета не подходит для этой цели?
— Технически она подходит, но является дорогой и пагубно влияет на планетарную экологию. Я это понял ещё в детстве. Однажды мы с сестрой пошли смотреть фильм в летний кинотеатр. Его экран был направлен в сторону Байконура, и во время сеанса я увидел в небе поднимающуюся мимо экрана звёздочку — это стартовала ракета. Через час фильм закончился, и мы пошли домой. По дороге нас настиг сильный ливень, а в тех краях обильные дожди — это редкость. Тогда-то я и подумал, что причиной такой реакции природы стала ракета. Позже узнал и о том, что во время старта она сжигает тысячи тонн топлива, а потом, выходя на орбиту, уничтожает миллионы тонн озона, делая дыру размером с Францию. А ведь именно озоновый слой защищает всю земную жизнь от вредного ультрафиолетового излучения. Тогда у меня и появилась амбициозная цель — создать геокосмический летательный аппарат, который не будет приносить вреда планете.
Я хочу, чтобы Земля была местом для жизни, а космос — для индустрии. Но это невозможно без экологически чистого, энергоэффективного и безопасного геокосмического транспортного средства. У ракеты, работающей на твёрдом и жидком топливе, энергетический КПД, с учётом всех стартовых и предстартовых затрат и потерь, не превышает 1 % (например, на получение топлива и изготовление теряемых ступеней также тратится значительная энергия) — у архаичного паровоза КПД в 10 раз выше. Кроме того, у ракетной геокосмической логистики безумно высокая цена — порядка 10 млн USD за тонну груза. К примеру, чтобы доставить в космос чашку с чаем весом 500 г, нужно заплатить 5000 USD. Это очень дорого. Соответственно, чтобы достичь индустриальных масштабов — а это миллионы тонн грузов ежегодно в обоих направлениях, — нужно снизить себестоимость перевозок не менее чем в тысячу раз.
— А какая себестоимость перевозок на ОТС? И чем этот летательный аппарат отличается от ракеты?
— Себестоимость перевозок на ОТС составит менее 1000 USD за тонну, или меньше 1 USD за килограмм. А если обратный грузопоток из космоса превысит прямой грузопоток с Земли, ОТС начнёт генерировать электроэнергию как большая экваториальная электростанция мощностью более 100 млн кВт. Тогда геокосмические перевозки могут стать вообще бесплатными. Избыточный груз, доставляемый на Землю, например изготовленную на орбите промышленную продукцию из космического сырья, можно будет сравнить с водой в гидроэлектростанции, которая отдаст свою кинетическую и потенциальную энергию ленточным маховикам ОТС, а те — энергосистеме Земли. По сути, ОТС может тогда стать сверхмощной кинетической электростанцией, которая будет аккумулировать, а затем отдавать в энергосистему планеты миллиарды киловатт-часов энергии. Благодаря этому себестоимость геокосмических перевозок станет отрицательной. На них не нужно будет тратить деньги. Они, наоборот, начнут приносить доход.
— Расскажите подробнее о конструкции ОТС. Как оно устроено?
— Создавая его, я учёл четыре фундаментальных закона физики: законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и движения центра масс системы. Его конструкция и принцип действия хорошо встраиваются в окружающую среду и не воздействуют пагубно на биосферу. ОТС оснащено двумя продольными ленточными маховиками, размещёнными внутри корпуса в вакуумных каналах на магнитном подвесе. Однажды разогнанные линейными электродвигателями маховики могут годами вращаться внутри вакуумных каналов, то есть вокруг планеты, не испытывая сопротивления при движении на космических скоростях. Затраты электрической энергии на рейс в обе стороны с полной загрузкой составят всего 2 %, а энергетический КПД — 98 %, то есть будет в 100 раз выше, чем у ракеты.
ОТС выполнено в виде тора с поперечным сечением около 2 м, охватывающего планету. Его взлётно-посадочная эстакада длиной 40 075 км будет опоясывать Землю по линии экватора или параллельно ему. Для выхода из гравитационной ямы и подъёма на экваториальную орбиту ОТС должно в конечном итоге вращаться вокруг планеты, вместе с пассажирами и грузами, с первой космической скоростью (а это почти 8 км/с) и стать кольцевым спутником, находящимся в невесомости.
Примерно через 10 мин после старта транспортное средство поднимется на высоту 100 км (растягиваясь при этом на 1,57 % на каждые 100 км подъёма) с комфортным для человека ускорением — до 0,5 м/с2. Скорость вертикального подъёма, то есть увеличения диаметра кольца, достигнет 500 км/ч. На этой высоте один из ленточных маховиков переключают на режим торможения, а полученную электрическую энергию используют для разгона в противоположном направлении второго маховика. Получая двойной импульс и поднимаясь вверх, корпус ОТС начнёт раскручиваться вокруг планеты в плоскости экватора до достижения первой космической скорости. Расчётная орбитальная (круговая) скорость будет достигнута примерно через 2 ч после старта.
ОТС сможет выходить на орбиту до 100 раз в год и с каждым рейсом всего за пару часов доставлять туда до 10 млн тонн грузов и до 10 млн пассажиров, обеспечивая им комфорт уровня современной железной дороги. ОТС является обратимой электрической системой — оно может аналогично возвращаться обратно на Землю.
Создание такого аппарата можно воспринимать как вызов, но нет ничего невозможного для настоящего инженера, если при этом не нарушаются законы физики.
— Как появилась идея создания ОТС?
— Как-то мне в руки попала книга «Приключения барона Мюнхгаузена». В ней меня привлекла история о том, как главный герой на лошади чуть не утонул в болоте, но спасся, вытянув себя на берег за косичку. Я тогда подумал: «Отличное решение — за счёт внутренних сил системы переместить себя в пространстве. Вот бы подобное воплотить в жизнь и спасти земную технократическую цивилизацию, которая утонет, как в болоте, в своих индустриальных отходах и глобальных экологических проблемах». Но я хорошо знал физику и сразу понял, что барон нарушил закон сохранения движения центра масс. Он звучит так: «Если сумма внешних сил, действующих на систему, равна нулю, то центр масс такой системы движется с постоянной скоростью — равномерно и прямолинейно. То есть если первоначально центр масс покоился, то в указанных условиях он будет покоиться и в дальнейшем».
Тогда же я осознал, что то, что сделал в своих фантазиях барон, всё-таки может практически реализовать инженер — нужно только, чтобы центр масс геокосмической системы совпал с центром масс планеты. При этом, выходя в космос, центр масс системы не должен перемещаться в пространстве. Таким образом, физика разрешает только единственное решение, позволяющее использовать исключительно внутренние силы геокосмической транспортной системы (то есть без какого-либо воздействия на окружающую среду), — это кольцо, охватывающее планету по экватору. В этом случае их центры масс совпадут. При этом, если мы начнём увеличивать диаметр кольца за счёт внутренних сил системы (физика это не запрещает), то общий центр массы останется на месте.
— Наверняка чтобы создать такой летательный аппарат, нужны колоссальные средства, а также глобальная кооперация. Что вы думаете на этот счёт?
— Да, по моим подсчётам, реализация такого масштабного проекта будет стоить порядка 2 трлн USD — это два военных бюджета такой страны, как США. Или для каждого жителя планеты затраты составят 250 USD — на уровне стоимости смартфона, электросамоката или модной пары обуви.
Биосфера — это приземное пространство планеты, и человек его часть. Поэтому он и создавал индустрию внутри своего дома. Но кто сказал, что планета — это лучшее место для промышленных технологий? Да нет, это худшее место. С физической точки зрения заводы, фабрики, промышленные предприятия, транспорт, электростанции всегда будут загрязнять окружающую среду отходами своего производства, в том числе тепловой энергией. Например, уже сегодня промышленность США и Китая потребляет больше кислорода, чем вырабатывают растения на территории этих стран. Получается, они берут в долг у России и Бразилии, леса которых в основном и восстанавливают изъятый промышленностью из земной биосферы кислород.
Благодаря развитию техносферы на планете также становится меньше плодородной почвы и больше шлака, золы и терриконов. Уже сложно предотвратить кислотные дожди и рост уровня радиации. Замедлить процесс загрязнения планеты возможно. Но чтобы спасти её, нужно перенести техносферу в космос, а для этого — объединиться всему человечеству, всем странам, ведь наша среда обитания, земная биосфера, одна на всех и другой нет и не будет нигде в нашей необъятной Вселенной.
Сегодня со своей научной, инженерной и производственной командами я создаю фактически две транспортно-инфраструктурные отрасли: неракетную геокосмическую и струнную наземную, размещённую на втором уровне, над поверхностью земли. Это то, что нужно всему человечеству, а не одной стране. Это то, что позволит спасти биосферу без деструктивных «пределов роста» — деиндустриализации, декарбонизации, десоциализации, депопуляции, без демонизации инженерного вектора развития нашей земной технологической человеческой цивилизации. Ведь всё это может привести к совершенно противоположному результату — гибели нашей технологической цивилизации, созданной тысячами поколений инженеров, начиная от изобретения первого рукотворного костра.
На Земле места и ресурсов хватит на всех, не на один десяток миллиардов человек, если земная индустрия переместится в более комфортную технологическую среду — в космос, с его невесомостью, глубоким вакуумом и неисчерпаемыми ресурсами — пространственными, минеральными и энергетическими.
— Недавно японцы заявили о строительстве лифта в космос. Для этого они хотят использовать углеродные нанотрубки. Что вы думаете по поводу этого проекта?
— Космический лифт можно строить только из космоса, а для этого туда надо транспортировать миллионы тонн высокопрочных самонесущих конструкций протяжённостью более 50 000 км. На это уйдут годы и потребуются триллионы долларов. И ради чего? Ради 10 000 тонн грузов в год (это максимальная производительность лифта – около 1 г грузов в год на жителя планеты) при себестоимости геокосмической логистики в те же 10 млн USD за тонну, как и у ракеты? И даже если лифт всё-таки построят, индустриально освоить космос всё равно не получится. Для этого необходимы тысячи таких лифтов. Для сравнения: только Китай и только по железной дороге ежегодно перевозит более 3 млрд тонн грузов. Столько нужно, чтобы обслужить работу индустрии одной страны, а мы говорим о планете. Космический трамвай, мост, электромагнитная пушка и другие альтернативные варианты либо уступают лифту, либо совсем немного обходят его по производительности. Единственное приемлемое решение для целей вынесения всей вредной земной промышленности в космос — это ОТС.
— Анатолий Эдуардович, известно, что ваша разработка для освоения космоса привела вас к идее и другого проекта — струнного транспорта.
— Да. Когда я в 70-е годы прошлого века презентовал проект ОТС профильным ведомствам, то получил от них критику касательно его высокой материалоёмкости и стоимости строительства. Чтобы уменьшить стоимость, я решил оптимизировать самую материалоёмкую часть конструкции — взлётно-посадочную эстакаду. Из четырёх видов напряжённо-деформированного состояния конструкционных материалов — растяжение, сжатие, изгиб, кручение — лучше всего с точки зрения использования физико-механических свойств подошло растяжение. Поэтому я проектировал так, чтобы тороид — ОТС — находился в растяжении на протяжении всего цикла работы: поднимаясь в космос, находясь там, при посадке обратно на Землю. Иначе он потеряет устойчивость. Такой же предварительно растянутой должна быть и наземная взлётно-посадочная эстакада.
Я рассчитал конструкцию, составленную из анкерных опор, расположенных друг от друга на расстоянии нескольких километров, и предварительно напряжённых блоков, в середине которых были высокопрочные арматурные канаты — струны. И впоследствии понял, что получившаяся несущая конструкция может иметь и другое применение — служить наземной транспортной эстакадой. Она будет лёгкой, прочной и ровной, благодаря чему подвижной состав по ней сможет двигаться с максимально высокой скоростью. При этом если эстакаду не разрезать температурными швами, то её несущая способность увеличится вдвое. Таким образом, я упростил несущую конструкцию до предварительно напряжённых (струнных) рельсов, на которые осталось только поставить рельсовый электромобиль (юнимобиль). Так и появился струнный транспорт — как результат оптимизации эстакады ОТС.
— Что нужно было учесть при разработке нового типа транспорта?
— При высокоскоростном движении, когда скорость выше 350 км/ч, более 90 % энергозатрат уходит на аэродинамическое сопротивление. Именно его и нужно было совершенствовать.
Дальше я стал думать над проектированием не отдельной машины, а целой системы, в которой три основных элемента: путь, транспортное средство и окружающая среда. Тут было важно, на каком расстоянии от экрана, то есть от поверхности Земли, происходит движение. Так вот, я решил поднять транспортное средство над землёй, чтобы убрать эффект экрана и улучшить аэродинамику в 2,5 раза. А в качестве путевой структуры использовать два узких струнных рельса, также не создающих экран. В результате многочисленных продувок в аэродинамической трубе, на что ушло более 20 лет, мне удалось снизить коэффициент аэродинамического сопротивления юнимобиля до значения, близкого к теоретическому пределу, — Сх = 0,05. Никакой существующий транспорт такого достичь не может. Мои расчёты также доказывают, что струнная эстакада будет экономична при строительстве и позволит снизить энергозатраты на перевозку. Я понял, что изобрёл оптимальный наземный транспорт.
— Почему нет смысла совершенствовать существующие типы транспорта?
— Однажды я решил провести мысленный эксперимент: что произойдёт с точки зрения физики, если на разных видах транспорта добраться из Тюмени, где я тогда учился в индустриальном институте, в Москву? В начале и в конце пути я буду находиться на одной и той же высоте над уровнем моря — около 100 м. Значит, моя потенциальная энергия как груза не изменится. В обеих точках я буду неподвижен относительно поверхности земли — соответственно, и кинетическая энергия также останется прежней. Но если энергетическое состояние груза не меняется, то полезная работа транспорта и его общий энергетический КПД будут равны нулю. На что же тогда уйдёт вся энергия, все её 100 %? Я отвечу: на борьбу с окружающей средой и на её разрушение. Так нужно ли при таком раскладе совершенствовать существующие типы транспорта? Думаю, что нет. Необходимо создать новый транспорт, в котором минимизировано воздействие на окружающую среду, а для высокоскоростного движения самое главное, как я уже отметил, — это совершенная аэродинамика.
— Получается, что вы смогли придумать, как освободить поверхность земли для биосферы?
— Да. Сегодня автомобильные дороги протяжённостью более 30 млн км занимают площадь пяти территорий такой страны, как Великобритания. А там могли бы быть сады, поля и леса, не только дающие продукты питания, но и вырабатывающие биосферный кислород, которым, кстати, мы дышим. Легковых автомобилей в мире сейчас около 1,5 млрд. Если от них избавиться и пересесть на струнный транспорт, то в год удастся экономить тонны топлива стоимостью триллионы долларов. Оно не будет сожжено, а в атмосферу не попадут тонны выхлопных газов и канцерогенов, при этом не будут выжигаться тонны атмосферного кислорода.
Традиционный высокоскоростной легковой автомобиль типа Bugatti хорош, когда таких машин 100, а представьте их в миллион раз больше, всего один автомобиль на 80 жителей планеты. Сколько людей погибнет, если все начнут ездить на скоростях 400–500 км/ч? Сегодня при движении со скоростью 80–100 км/ч в результате автокатастроф погибает более миллиона человек в год и около 20 млн становятся инвалидами. Струнный транспорт, имеющий выделенную путевую структуру, противосходную систему и второй уровень размещения, исключит аварии — поездки станут безопасными. А сколько топлива будет сэкономлено! Ведь двухместный спортивный Bugatti, допустим, на скорости 500 км/ч станет расходовать 600 л топлива в час (или 300 л на пассажира в час), что для парка в 100 млн машин потребует более 300 млрд тонн топлива ежегодно, то есть больше, чем все разведанные запасы нефти на планете. Поэтому высокоскоростному uST альтернативы нет, так как расход топлива в нём (в пересчёте с электрической энергии) составит всего 2 л на пассажира в час.
— Анатолий Эдуардович, как встроится ваш транспорт в существующую транспортную систему?
— Тут вспомню Генри Форда, которого как-то спросили, кому нужны его автомобили. Он ответил так: «Закройте глаза, подойдите к карте мира и ткните пальцем. Куда попали, там он и нужен». Но он лукавил. В океане автомобиль не нужен, а вот струнную дорогу там построить можно в надводном положении или подводном, например в форвакуумном канале с нулевой плавучестью, размещённом на глубине 50 м. Такой проект «Лондон – Нью-Йорк», через океан, со временем в пути 6 ч, я предлагал ещё более 40 лет назад, то есть задолго до Илона Маска с его Hyperloop.
Новое всегда воспринимается людьми с настороженностью. Вспомните, ведь сперва был гужевой транспорт, а потом появилась железная дорога. Благодаря ей стали расти города и индустрия. Потом изобрели автомобиль. Он не заменил железную дорогу, но решил две проблемы, которые не решала железная дорога. Это логистика от двери до двери и возможность приобретения транспортного средства в частную собственность. Правда, эти проблемы решил не столько автомобиль, сколько соответствующая транспортная инфраструктура.
Я уверен, что струнный транспорт скоро займёт свою лидирующую позицию в мировой логистике, поскольку он универсален: высокоскоростной, высокоэкономичный, высокобезопасный, высокоэкологичный и при этом недорогой. Рельсо-струнную путевую структуру без проблем можно проложить по любой местности, соединить между собой острова и материки, пересечь по прямой линии моря и океаны.
Струнный транспорт, в силу своих неоспоримых преимуществ, станет доминирующим во второй половине XXI века. Ключевыми из его достоинств являются экологичность и энергоэффективность (экономичность). Юнимобили работают на электричестве и при движении не выделяют вредных веществ; нет канцерогенных выхлопных газов, продуктов износа шин и асфальта, антиобледенительных солей и других недостатков традиционного транспорта, в том числе электромобильного. Путевая структура с лёгкими ажурными опорами и большими пролётами не нарушает естественный рельеф местности, способствует сохранению ландшафта, плодородной почвы и биоразнообразия прилегающих территорий.
Второе преимущество — это экономичность. За счёт движения стальных колёс по стальным рельсам с КПД 99,8 % и высоких аэродинамических качеств подвижного состава достигается высокая энергоэффективность транспорта «второго уровня», недостижимая для других видов транспорта, включая поезда на магнитной подушке.
Коэффициент трения качения стального колеса по стальной головке струнного рельса по результатам испытаний показал величину в пределах одной-двух тысячных. Так, если рельсовый электромобиль заправить топливом из расчёта 1 л на пассажира, то он проедет 200 км со скоростью 500 км/ч. Для сравнения: даже самый лучший высокоскоростной Bugatti при скорости 500 км/ч потребовал бы увеличения мощности привода до 3000 кВт. Из них около 2000 кВт уйдёт на аэродинамику. И литра топлива хватило бы ему только на 1,7 км пути.
И третье, также важное свойство транспорта «второго уровня», — это безопасность. Общеизвестен факт, что больше всего аварий случается на автомобильных дорогах. Ежегодно около 20 млн человек получают в автокатастрофах травмы и увечья, из них 6–8 % заканчиваются летальным исходом. При этом статистика не учитывает количество пострадавших, которые скончались от послеаварийных травм в больницах. Что касается авиационных катастроф, то показатель смертности находится на уровне 300‒500 человек в год.
Подъём путевой структуры над поверхностью земли исключит столкновение подвижного состава с другими участниками дорожного движения. Оснащение юнимобилей противосходной системой и наличие рельсовой колеи, то есть заданной с точностью до миллиметров траектории движения, позволит избежать других аварий. Благодаря повышению безопасности высокоскоростных перевозок, за 100 лет можно будет спасти от гибели на дорогах свыше 100 млн человек, около 2 млрд жителей планеты не получат травмы и увечья, мы сможем вернуть земной биосфере площади, закатанные сегодня в асфальт.