В своем знаменитом романе Луна — суровая хозяйкаРоберт А. Хайнлайн описывает будущее лунное поселение, где будущие лунные жители («Луни») отправляют полезные грузы пшеницы и водяного льда на Землю с помощью электромагнитной катапульты. В этой истории группа Луни сговаривается взять под контроль эту катапульту и угрожает «бросать камни в Землю», если они не признают Луну независимым миром. Достаточно интересно, что ученые десятилетиями изучали эту концепцию как способ когда-нибудь переправить лунные ресурсы на Землю.
Учитывая, что космические агентства планируют отправлять миссии на Луну для создания постоянной инфраструктуры, интерес к этой концепции возобновился. В недавней статье группа ученых из китайского Шанхайского института спутниковой инженерии (SAST) подробно описала, как магнитная пусковая установка на поверхности Луны может стать экономически эффективным средством отправки ресурсов обратно на Землю. Это предложение может стать частью долгосрочного видения Китая лунного поселения, известного как Международная лунная исследовательская станция (ILRS) — совместного проекта, который они реализуют с Российским космическим агентством (Роскосмосом).
Согласно недавней статье в Южно-китайская утренняя почтакатапульта будет использовать технологию магнитной левитации (маглев) и работать по тому же принципу, что и метание молота в легкой атлетике, «но вращаясь с возрастающей скоростью перед тем, как бросить пусковую капсулу в сторону Земли». На поверхности Луны, в условиях почти вакуумной среды и низкой гравитации — примерно 16,5% от гравитации Земли (0,165 г) – облегчит выброс полезных грузов. По словам команды SAST, предлагаемая система могла бы проводить два запуска в день за одну десятую стоимости существующих методов транспортировки.
Как уже отмечалось, концепция магнитной катапульты на Луне — это проверенная временем идея. Предыдущие версии концепции включают Slingatron, предложенный в 1998 году известным физиком Дереком А. Тидманом, который призывал к использованию кругового магнитного ускорителя вместо вращающегося рычага. Аналогичным образом, система запуска, предложенная китайской исследовательской группой, будет состоять из 50-метрового (165 футов) вращающегося рычага и высокотемпературного сверхпроводящего двигателя. Она будет питаться от солнечных батарей и ядерного реактора и предназначена для преобразования кинетической энергии в электричество во время фазы торможения. Это позволит ей восстанавливать более 70% потребляемой энергии после каждого запуска.
После ускорения в течение десяти минут рука достигнет скорости выхода с Луны в 2,4 км/с (1,5 м/с) и выпустит полезную нагрузку по траектории к Земле. Команда также подчеркивает, что основной полезной нагрузкой будет гелий-3, собранный из лунного грунта, который можно будет использовать для питания термоядерных реакторов на Земле. «Техническая готовность системы относительно высока», — написали они. «Поскольку она потребляет только электроэнергию и не требует никакого топлива, она будет относительно небольшой по масштабу и простой в реализации. Главная цель — извлечь и вернуть гелий-3, чтобы помочь решить энергетический кризис Земли. Проект также будет способствовать развитию технологий добычи полезных ископаемых в космосе, тяжелых ракет-носителей и искусственного интеллекта».
В то время как на Земле можно найти только 0,5 метрических тонн (0,55 тонн США) этого элемента, в реголите Луны содержится примерно 1 миллион метрических тонн (1,1 тонны США). Согласно статье команды, 20 метрических тонн (22 тонны США) было бы достаточно для покрытия годовых потребностей Китая в электроэнергии, тогда как 1 миллиона метрических тонн было бы достаточно для покрытия мировых энергетических потребностей в течение более тысячи лет. Они также оценивают, что система будет весить около 80 метрических тонн (88 тонн США) и может оставаться в эксплуатации в течение как минимум 20 лет.
Однако строительство этой системы придется отложить до тех пор, пока Китай не завершит разработку своей Великий поход 9 (CZ-9) и Великий поход 10 (CZ-10) сверхтяжелые ракеты-носители. Эти ракеты имеют жизненно важное значение для создания ILRS, которая, как ожидается, будет завершена к 2035 году с помощью других национальных космических агентств. В этом отношении предлагаемая система запуска может стать частью долгосрочных планов Китая по освоению Луны в конце 2030-х или 2040-х годах. Предложенные группой сроки соответствуют этому: они надеются завершить разработку ключевых компонентов системы к 2030 году и ожидают полномасштабного внедрения к 2045 году.
Естественно, как и во всех других предложениях по лунному строительству и освоению, существует вопрос стоимости. По оценкам исследовательской группы, стоимость строительства системы запуска составит около 130 миллиардов, что эквивалентно 18,25 миллиардам долларов США. Однако на прошлогоднем заседании Китайской ассоциации по науке и технике (CAST) член группы Чу Инчжи заявил, что добыча трех-пяти тонн гелия-3 в год может принести доход в размере 100 миллиардов юаней. Также есть много технических и логистических проблем, которые необходимо решить, прежде чем эта система может быть построена.
Для начала, в статье исследовательской группы не рассматривается, как гелий-3 будет извлекаться из местного реголита. Как отметил Чу, также существует проблема его установки на неровной лунной поверхности, обеспечения стабильности вращающегося рычага на высоких скоростях и обеспечения его работы в лунной среде, которая подвержена экстремальным колебаниям температуры, космическим лучам и повышенному уровню солнечной радиации. Но в качестве долгосрочного видения магнитная система запуска является элегантным предложением и относительно экономически эффективной альтернативой запуску космических аппаратов с поверхности.
Дополнительная информация: South China Morning Post
