Wydaje się, że rozwój technologii rakietowej zbliża się do granicy swoich możliwości, więc naukowcy i inżynierowie są zaangażowani w opracowywanie i badanie nowych metod wyrzucania ładunku na orbitę niską i poza nią. Do najbardziej obiecujących należy pomysł „kosmicznej windy” wysunięty w 1895 r. Przez rosyjskiego naukowca Konstantyna Ciołkowskiego. Do niedawna uważano, że obecny poziom rozwoju technologii nie pozwala na jej wdrożenie, ale grupa amerykańskich naukowców nie zgadza się z tą opinią.
Proponowany projekt „wieży orbitalnej” Ciołkowskiego został opracowany w latach 60. XX wieku przez radzieckiego inżyniera Jurija Artsutanowa. W swoich pismach zaproponował strukturę zmodyfikowaną w stosunku do doświadczeń zgromadzonych od czasów Ciołkowskiego. Warto zauważyć, że Artsutanov opublikował swój artykuł „W kosmos na lokomotywie elektrycznej” prawie rok przed lotem Jurija Gagarina. Zaproponował w nim użycie lin przymocowanych do satelitów na orbicie geosynchronicznej do dostarczania ładunku i ludzi na orbitę. W ten sposób swobodnie latające liny (rotowatory) obracają się z prędkością Ziemi lub innego ciała niebieskiego, co zapewnia ich napięcie. W tym przypadku transport kablami odbywa się ze znacznie mniejszym przyspieszeniem niż przy starcie rakiety. Budowa „kosmicznej windy” poświęcona jest także powieści słynnego brytyjskiego pisarza science fiction Arthura Clarke'a „Fontanny raju”.
Teoretycznie dużo bezpieczniejszy, tańszy i bardziej niezawodny sposób zagospodarowania przestrzeni bliskiej Ziemi do realizacji wymaga przede wszystkim produkcji kabli o wytrzymałości powyżej 65 gigapaskali (dla porównania: stal wynosi 1-5 GPa, włókno krzemionkowe około 20 GPa). Nawet ultra-mocne nanorurki węglowe na bazie grafenu nie osiągnęły jeszcze wymaganej wytrzymałości (mimo że długość istniejących próbek zwykle nie przekracza kilku centymetrów). Jednak artykuł zgłoszony do publikacji w Space Policy przez amerykańskich badaczy Eubanksa i Redleya (oryginał jest dostępny na arXiv.org) dowodzi, że budowa windy kosmicznej na Księżycu jest najprawdopodobniej możliwa przy użyciu polimerów dostępnych obecnie w komercyjnym obiegu.
Na linie
Pierwsza faza projektu, nazwana przez autorów Deep Space Tether Pathfinder (DSTP), powinna stać się jednocześnie prototypem komercyjnej windy kosmicznej między Ziemią a Księżycem i ważnym narzędziem do badań naszego satelity. Obracanie DSTP pozwoli na pobranie wystarczającej ilości próbek do badań naukowych w kraterze Shackleton, po czym około połowa obrotu liny kapsuła z próbkami trafi na Ziemię, dzięki przyspieszeniu, które pozwala dobrać optymalną trajektorię powrotu. Urządzenie, mówiąc najprościej, będzie działać jak katapulta, umożliwiając przemieszczanie ładunku z Księżyca na Ziemię. DSTP będzie mógł wykonać tylko jedną wysyłkę próbek, po czym trafi w kosmos - i sam stanie się przedmiotem badań wpływu mikrometeorytów na stan uwięzi i innych czynników,ważne dla zrozumienia działania windy kosmicznej. Kabel DSTP będzie miał 5000 km długości i waży 2228 kg.
Jeśli się powiedzie, następnym krokiem może być budowa infrastruktury Lunar-Space Elevator (LKL), umożliwiającej poruszanie się po orbicie Księżyca z powierzchni satelity i dalej na Ziemię. System powinien być bardzo długim kablem przymocowanym do powierzchni Księżyca, przechodzącym przez punkt Lagrange'a (w którym ciężar zamocowany na kablu pozostanie nieruchomy względem dwóch ciał niebieskich) między Księżycem a Ziemią, około 56 tysięcy km od Księżyca. LKL będzie w stanie podnieść około pięciu ton skały rocznie z Księżyca i obniżyć sprzęt o tej samej łącznej wadze na powierzchnię Księżyca.
n Film promocyjny:
Dostępne środki
Jak podkreślają autorzy artykułu, do realizacji projektu, ze względu na mniejszą grawitację na Księżycu, możliwe jest wykorzystanie już istniejących i komercyjnie dostępnych polimerów syntetycznych, takich jak polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej i dużej gęstości (UHMWPE; wykorzystywany jest w szczególności do produkcji kamizelek kuloodpornych, wykładzin nabrzeży okrętowych) W Rosji istnieją dwa pilotażowe instalacje do produkcji tego materiału) oraz polifenylen-2,6-bezobioksazol produkowany w Japonii (PBO; nazwa handlowa Zylon służy w szczególności do wzmacniania bloków betonowych).
Zdjęcie: nasa
Według obliczeń naukowców do realizacji projektu wystarczy jeden lot misji kosmicznej klasy NASA Discovery. Po dostarczeniu do punktu Lagrange 58,5 ton polimeru Zylonu zostanie tam wyposażony „magazyn” materiałów niezbędnych do pracy elewatora. Stamtąd pojazd zniżający zostanie opuszczony na powierzchnię księżyca, do Zatoki Środkowej, na kablu, który stanie się stacją bazową do podnoszenia i opuszczania ładunku. Przeciwwaga zostanie wystrzelona na otwartą przestrzeń, aby utrzymać równowagę systemu; łączna długość kabla osiągnie tym samym 278,5 tys. km. Próbki regolitu, gleby księżycowej, o wadze do 100 kg, zostaną wysłane do bazy pośredniej w punkcie Lagrange za pomocą kapsułki wielokrotnego użytku zasilanej energią słoneczną. Paliwo do dalszego przenoszenia próbek na Ziemię nie jest wymagane, ponieważPo odłączeniu się od kabla w odległości ok. 220,67 tys. Km od Księżyca, kapsuła będzie kontynuowała bezwładność i wejdzie w atmosferę ziemską za około 34 godziny z prędkością ok. 10,9 km / s. Aby oszacować możliwą wielkość obrotu ładunków, wystarczy pamiętać, że podczas wszystkich księżycowych misji Apollo na Ziemię dostarczono jedynie 382 kg regolitu.
Jeśli się powiedzie, drugi LKL może zostać zbudowany po drugiej stronie Księżyca, ze stacją bazową w obszarze krateru Lipsky. Jak zaznaczają naukowcy, takie stanowisko będzie między innymi idealnym miejscem do badań radioastronomicznych, gdyż druga strona księżyca jest całkowicie odizolowana od fal radiowych z Ziemi. Autorzy projektu szacują żywotność dźwigów na pięć lat. Oprócz badań naukowych i hipotetycznego wykorzystania w górnictwie, księżycowe windy mogą odegrać ważną rolę w realizacji załogowej misji na Marsa. Według raportu opublikowanego jesienią 2015 roku przez międzynarodową grupę badawczą z Massachusetts Institute of Technology, Keio University i Jet Propulsion Laboratory of the California Institute of Technology,Masę startową statku kosmicznego na Marsa można zmniejszyć o 68 procent dzięki zastosowaniu tlenu zawartego w regolicie do budowy silników (41-46 procent ciężaru właściwego). Eubanks i Redley zwracają uwagę w swojej pracy, że dodatkowym czynnikiem może być użycie przeciwwagi LKL po drugiej stronie Księżyca do przyspieszania i wysyłania statków towarowych na orbitę Marsa w celu zaopatrywania przyszłych kolonii na „czerwonej planecie”.
Vladislav Krylov