ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ ЛУНЫ

Автор: Пилипенко Сергей, ученик 10а класса
средней школы №659

Научные руководители: Свотин Александр Петрович,
НИИ прикладной механики и электродинамики,
Гомулина Наталия Николаевна, учитель
физики школы № 659, методист по
физике и астрономии Западного округа
г. Москвы, председатель методического совета
Евро-Азиатской Ассоциации Учителей астрономии

г. Москва

В настоящее время космическая техника – одно из самых перспективных направлений народного хозяйства. Это связано с необходимостью использовать ресурсы космоса, так как на Земле запасы ресурсов ограничены. Существует множество проектов космических электростанций, заводов, которые обладают значительными преимуществами перед земными [1]. Однако мощности современных ракет-носителей (РН) не хватит для доставки на орбиту частей крупных (порядка 5000 тонн) конструкций, к тому же частые запуски РН повредят экологии земной атмосферы. Поэтому многие ученые видят единственное решение проблемы в использовании для строительства в космосе материалы с других тел Солнечной системы, например с Луны.

По данным экспедиций на Луну [1] в ее грунте содержится от 0,6% до 8% оксида титана, от 6% до 16% оксида железа, от 14% до 26% оксида аллюминия и более 40% оксида кремния. Ученые (Т. Хаддлстон, Дж. Фокс, Д. Шеппард и другие) предлагают различные замкнутые технологические процессы с использованием солнечной энергии для выделения титана и аллюминия из лунных пород, а так же способы производства различных конструкционных материалов из лунной пыли [1].

Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли и у Луны отсутствует атмосфера, поэтому для доставки груза с поверхности на орбиту на Луне требуется гораздо меньше энергии, чем на Земле. Разработаны различные способы вывода лунных грузов на орбиту: от обычных РН до электромагнитных ускорителей массы. Последние – дело далекого будущего так как они должны иметь огромные размеры (более 10 км в длину), но они позволят выводить на орбиту до 1 млн тонн в год.

В данном проекте предлагается схема подъема грузов с поверхности Луны с помощью вращающийся связки двух спутников (тросовой системы). Вращательное и орбитальное движение связки подобраны так (см. рисунок), чтобы в перицентре орбиты один из спутников подходил к поверхности Луны с практически нулевой относительной скоростью и захватывал груз. В апоцентре груз отцепляется и выводится на окололунную орбиту, а вместо него к связке прикрепляется другой груз для доставки на Луну (например топливо или химические реактивы). По оценкам массы аппаратуры один из спутников в связке

имеет массу 10 тонн, а другой – 1 тонну. Более легкий спутник удален от центра масс на 50 км, он должен вращаться с линейной (относительно центра масс) скоростью равной скорости движения центра масс связки по орбите, то есть 1,7 км/с. Скорость отцепленного в апоцентре груза будет 3,2 км/с (относительно Луны), что превышает вторую космическую скорость Луны на 1 км/с. Последнее может быть использовано для отправки груза на околоземную орбиту. Такую же скорость должен иметь и груз, спускаемый на Луну.

Благодаря тому, что грузопоток двусторонний, распределение масс и количество движения в системе не изменяются, поэтому практически нет необходимости в расходе топлива. В предлагаемом проекте трос имеет длину 60 км и может выводить по 1 тонне груза за 1 оборот вокруг Луны (около двух часов). Таким образом одна такая связка сможет поднимать на орбиту и возвращать на Луну 12 тонн в сутки без затрат топлива. Проведенные рассчеты показывают, что прочности современных материалов хватит для изготовления такой системы. Масса связки вместе с тросом около 21 тонны, то есть даже на современном уровне развития техники создание такой системы возможно.

Тросовые системы хранят в себе огромные возможности, например, существуют проекты создания транспортных систем для перемещения грузов с низкой околоземной орбиты до геостационарной и обратно без затрат топлива [2]. Если у планеты, вокруг которой вращается тросовая система, есть электромагнитное поле, то тросовая система может быть использована как преобразователь электроэнергии в тягу с очень высоким КПД и без затрат рабочего вещества [3]. Также с помощью тросов можно создавать вращающиеся конструкции большой протяженности с искусственной силой тяжести [3].

Итак, используя космическую тросовую систему можно выводить на требуемую орбиту конструкционные материалы с Луны и доставлять на поверхность Луны необходимые грузы без затрат топлива и вреда для экологии.

Список используемой литературы.

1. Гэтланд К. Космическая техника. Под редакцией С.Д. Гришина. М.: «Мир»,1985 г.

2. Сидоров И.М. О применении тросовых систем для создания постоянно действующего транспортного канала в космическом пространстве. Журнал «Полет» №8 2000 г.

3. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. Серия «Механика космического полета». М.: Наука, 1990 г.

4. Левитан Е.П. Астрономия. М.: Просвещение, 1999 г.