Среди всех круговых орбит особенно интересна геостационарная орбита, на которой орбитальный период длится столько же, сколько оборот Земли вокруг своей оси, то есть 23 часа 56 минут и примерно 4 секунды. Если запустить спутник на круговую орбиту, лежащую в экваториальной плоскости Земли на расстоянии примерно 36 000 км от земной поверхности (от центра планеты это будет 42 000 км), то, двигаясь в плоскости экватора с периодом в одни звездные сутки, он всегда будет висеть над одной и той же точкой земного шара.

Таких спутников летают сотни. А зачем они нужны? Например, спутники прямого телевизионного вещания специально запустили на геостационарную орбиту, чтобы нам не приходилось в течение суток крутить домашнюю антенну туда-сюда. Мы один раз нацеливаем свою спутниковую тарелку на такой спутник и уверены, что он всегда будет перед ней.

Рис. 17. Геостационарная орбита.

Спутник постоянно висит над одной и той же точкой экватора

Интересно, что эта особенность геостационарной орбиты открывает совершенно фантастические перспективы для космонавтики. С такого спутника можно протянуть на Землю трос, и он не будет наматываться на Землю, потому что спутник относительно земной поверхности неподвижен. Вдоль этого троса можно организовать космический лифт. Заметьте: не ракету, которая 98% своей массы выбрасывает, чтобы отправить в полет оставшиеся 2% в виде космического корабля, а просто электрический лифт. Оцените, сколько в этом случае киловатт-часов электроэнергии потребуется, чтобы подняться в космос; стоить это будет считаные копейки.

Есть, правда, у такого спутника одна неприятная особенность. Скажем, запустили мы его на геостационарную орбиту, протянули канат, но вдруг какая-то случайная небрежность заставила спутник немного опуститься. Что тогда произойдет? Спутник окажется ближе к центру Земли, его орбитальный период станет короче. Он начнет опережать ту точку поверхности, к которой привязан, канат будет наматываться на Землю и тянуть спутник вниз. Тот начнет крутиться еще быстрее – и понятно, что закончится это нехорошо. Если привязанный к поверхности спутник опустится ниже геостационарной орбиты, то Земля начнет отставать, намотает на себя канат, затормозит спутник еще сильнее, и он свалится с небес.

А что случится, если спутник поднимется выше геостационара? В этом случае он начнет отставать от поверхности Земли: чем больше расстояние, тем меньше скорость обращения и тем больше орбитальный период. Но будет ли продолжаться это движение, не станет ли Земля наматывать канат в обратную сторону? Это простая механическая задача, которую должен быть способен решить любой физик. Вычисления показывают следующее развитие событий. Если привязанный спутник окажется на чуть большей высоте, чем геостационарная орбита, и начнет отставать от Земли, она сначала за канатик немного подтянет его вперед, а потом он снова отойдет на исходное расстояние от поверхности. Но после этого спутник уже не отстанет от вращения Земли, потому что наряду с гравитацией добавляется сила, которая тянет его вперед. В сумме они создают более сильное центростремительное ускорение, чем одна только гравитация, и эта более высокая орбита становится геостационарной.

Поэтому идея космического лифта теоретически может быть реализована. Осталось только найти материал для троса длиной 36 000 км, чтобы он выдерживал свой вес плюс вес поднимаемого груза (железо для этого не годится, а вот наноуглеродные трубки могут быть перспективными: плотность их меньше, а прочность больше). Тогда каждому человеку станет доступен подъем на геостационарную орбиту. Стоить это будет всего несколько тысяч рублей – все равно что слетать в соседний город на самолете. И это сразу изменит нашу космонавтику.