Речь Артура Кларка в 1960-х годах, объясняющая геостационарные спутники, дала Пирсону вдохновение для всей концепции космических лифтов, когда он работал в Исследовательском центре Эймса НАСА в Калифорнии во время посадок на Луну Аполлона.
«Кларк сказал, что хороший способ понять спутники связи на геостационарной орбите - представить их на вершине высокой башни, расположенной на высоте 35 786 км (22 236 миль) над Землей, - вспоминает Пирсон, - я решил, почему бы не построить реальную башня?»
Он понял, что теоретически возможно разместить противовес, такой как небольшой астероид, на геостационарной орбите, а затем вытянуть кабель вниз и прикрепить его к экватору Земли. Теоретически, лифтовые машины могут перемещаться по длинному кабелю и доставлять грузы из гравитационного поля Земли в космос за долю от стоимости, поставляемой химическими ракетами.
… в теории. Проблема тогда и сейчас состоит в том, что материала, необходимого для поддержания даже только веса кабеля в гравитации Земли, не существует. Только в последние несколько лет, с появлением углеродных нанотрубок - с пределом прочности на растяжение - люди наконец-то прошли стадию смеха и начали серьезно ее исследовать. И хотя углеродные нанотрубки были изготовлены в небольших количествах в лабораторных условиях, инженерам еще долгие годы предстоит сплести их вместе в длинный кабель, который может обеспечить необходимую прочность.
Пирсон знал, что технические проблемы огромны, поэтому он задавался вопросом: «Почему бы не построить лифт на Луне?»
На Луне сила гравитации составляет одну шестую от того, что мы чувствуем здесь, на Земле, и кабель космического лифта находится в рамках нашей современной технологии производства. Протяните кабель от поверхности Луны, и у вас будет недорогой способ доставки минералов и материалов на орбиту Земли.
Лунный космический лифт будет работать не так, как на Земле. В отличие от нашей собственной планеты, которая вращается каждые 24 часа, Луна поворачивается вокруг своей оси только один раз каждые 29 дней; столько же времени требуется для завершения одной орбиты вокруг Земли. Вот почему мы можем видеть только одну сторону Луны. Концепция геостационарной орбиты не имеет смысла вокруг Луны.
Однако в системе Земля-Луна есть пять мест, где вы можете поместить объект малой массы - например, спутник ... или противовес космического лифта - и сделать так, чтобы они оставались стабильными при очень малой энергии: точки Лагранжа Земля-Луна. Точка L1, расположенная примерно на 58 000 км над поверхностью Луны, будет работать идеально.
Представьте, что вы летите в космосе в точке между Землей и Луной, где сила гравитации от обоих идеально сбалансирована. Посмотрите налево, и Луна находится на расстоянии приблизительно 58 000 км (37 000 миль); Посмотрите направо, и Земля более чем в 5 раз превышает это расстояние. Без каких-либо движителей вы, в конечном счете, выйдете из этой идеальной точки равновесия, а затем начнете ускоряться к Земле или Луне. L1 сбалансирован, но нестабилен.
Пирсон предлагает НАСА запустить космический корабль, несущий огромную катушку кабеля к точке L1. Он будет медленно отступать от точки L1, пока он не разматывает свой кабель на поверхность Луны. Как только кабель был прикреплен к лунной поверхности, он обеспечивал натяжение, и весь кабель висел бы в идеальном равновесии, как маятник, направленный к земле. И, как маятник, лифт всегда будет идеально совмещен с точкой L1, поскольку сила тяжести Земли притянется к ней. Миссия может даже включать небольшой альпинист на солнечной энергии, который может взобраться с лунной поверхности на вершину кабеля и доставить образцы лунных камней на высокую околоземную орбиту. Дальнейшие миссии могут доставить целые команды альпинистов и превратить концепцию в массовое производство.
Преимущество подключения лифта к Луне вместо Земли заключается в простом факте, что задействованные силы намного меньше - сила притяжения Луны составляет 1/6 от силы Земли. Вместо экзотических нанотрубок с экстремальной прочностью на разрыв, кабель может быть построен с использованием высокопрочных имеющихся в продаже материалов, таких как кевлар или Spectra. Фактически, Пирсон сосредоточился на коммерческом волокне под названием M5, которое, по его подсчетам, будет весить всего 6800 кг для полного кабеля, который выдержит грузоподъемность 200 кг в основании. Это вполне в силах самых мощных ракет, поставляемых Boeing, Lockheed Martin и Arianespace. Один запуск - установка лифта на Луну. И как только лифт будет установлен, вы можете начать укреплять его дополнительными материалами, такими как стекло и бор, которые могут быть изготовлены на Луне.
Итак, что бы вы сделали с космическим лифтом, связанным с Луной? «Множество, - говорит Пирсон, - на Луне есть все виды ресурсов, которые было бы намного легче собрать там и вывести на орбиту, чем запускать их с Земли. Лунный реголит (лунная грязь) может быть использован в качестве экранирования космических станций; металлы и другие минералы можно добывать с поверхности и использовать для строительства в космосе; и если на южном полюсе Луны будет обнаружен лед, вы сможете подавать воду, кислород и даже топливо для космического корабля ».
Если на южном полюсе Луны появляется водяной лед, вы можете проложить там второй кабель, а затем подключить его в конце к первому кабелю. Это позволило бы южной базе Луны доставлять материал на околоземную орбиту, не перемещаясь вдоль земли к основанию первого лифта.
Это было бы здорово для камней, но не для людей. Даже если бы альпинист двигался вверх по кабелю со скоростью сотни километров в час, астронавты будут путешествовать неделями и подвергаться воздействию радиации дальнего космоса. Но когда вы говорите о грузе, медленный и устойчивый выигрывает гонку.
Пирсон впервые опубликовал свою идею о лунном лифте еще в 1979 году, и с тех пор он его предлагал. В этом году НАСА не смеется, а слушает. Компания Pearson, Star Technology and Research, недавно получила грант в размере 75 000 долларов от Института передовых концепций НАСА (NIAC) на шестимесячное исследование для дальнейшего изучения этой идеи. Если идея окажется многообещающей, Пирсон может получить больший грант, чтобы начать преодолевать некоторые инженерные проблемы, а также искать партнеров внутри и в НАСА, и вне его, чтобы помочь в его разработке.
NIAC ищет идеи, которые выходят далеко за рамки обычной зоны комфорта технологий НАСА, например ... лифт на Луну, и помогает развивать их до такой степени, что многие риски и неизвестные факторы были устранены.
Пирсон надеется, что этот грант поможет ему довести до сведения НАСА, что лунный лифт станет неоценимым вкладом в новое видение исследования Луны и Марса, поддерживая будущие лунные базы и отрасли в космосе. И это дало бы инженерам возможность понять трудности, связанные с встраиванием лифтов в космос, не взяв на себя огромную задачу сначала построить его на Земле.
Автор Фрейзер Каин
