Российские ученые разработали самый дешевый способ доставки грузов на Луну и обратно.
В программе освоения Луны и использования ее недр одной из главных проблем станет транспортировка грузов по трассе Земля - Луна - Земля. То же самое можно сказать и об организации пилотируемой экспедиции на Марс и его колонизации. Так, ракета-носитель (РН) "Протон" при стартовой массе по-рядка 650 т выводит на опорную околоземную орбиту космический аппарат (КА) массой всего около 22 т, а на межпланетную траекторию полета к Марсу - 6,5 т, то есть один процент от стартовой массы. Масса же возвращаемого с мар-сианской поверхности на Землю аппарата составит уже только одну сотую про-цента от стартовой массы ракеты-носителя. Как показывают предварительные расчеты, масса марсианского космического комплекса, выводимого на межпла-нетную траекторию, должна быть порядка 600 т. Поднять ее с Земли в одном запуске невозможно, поэтому комплекс будет собираться на околоземной ор-бите из отдельных частей. Если использовать для этого РН "Протон", то потре-буется, как минимум, 100 их запусков с общей стартовой массой 65 000 т.
Не улучшит ситуацию и более грузоподъемная перспективная российская РН "Ангара". Напомним, что ставка на тяжелые носители, как это было сделано в 60-х годах прошлого века при полетах человека на Луну, сделала проект Apollo дорогостоящим тупиком. Ракета-носитель Saturn 5 обходилась примерно в 2 млрд. долл. за полет.
Планируемое в США создание нового тяжелого носи-теля на базе элементов Space Shuttle по экспертным оценкам будет стоить 10 млрд. долл., а каждый запуск столько же, что и пуск Saturn 5.
Ситуацию способна разрешить разработанная учеными Института кос-мических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) под руково-дством доктора технических наук Игоря Сидорова тросовая система для меж-планетных перелетов. Она может использоваться как транспортная артерия при создании постоянной обитаемой базы на Луне, так и в проектах пилотируемой экспедиции на Марс. Новая система позволит принципиально уменьшить рас-ходы на доставку грузов по межпланетным трассам. Время доставки при этом увеличивается незначительно.
Но сначала о том, что такое космическая тросовая система. Под этим по-нимается комплекс искусственных космических объектов (спутников, кораб-лей, грузов), соединенных длинными тонкими, гибкими элементами и совер-шающих орбитальный полет. В наиболее простом и понятном виде - это связка двух космических аппаратов с тросом длиной в десятки или даже сотни кило-метров. Связка находится в режиме вращения как своего рода космическая праща, а ее центр масс движется по заданной орбите. Если в какой-то момент от одного из космических аппаратов отделить "груз", то ему за счет высвобож-дения энергии вращения пращи сообщается поступательное движение, как и при работе реактивного двигателя.
Тросовые космические системы отличаются от традиционных или, пра-вильнее будет сказать, классических космических аппаратов тремя основными особенностями. Первая - большая протяженность, обеспечивающая устойчивое вертикальное положение системы на орбите. Вторая - гибкая конфигурация системы и возможность изменения длины тросов путем их выпуска или втяги-вания. Третье отличие - активное взаимодействие электропроводного троса с внешней средой, в первую очередь с магнитным полем и ионосферой Земли. Это позволяет использовать тросовую систему в генераторном, двигательном, электропередающем и излучательном режимах.
В зависимости от того, какая из этих особенностей преобладает у той или иной тросовой системы, какое свойство используется при ее эксплуатации, все тросовые системы можно разделить на три типа. У "статических" в процессе эксплуатации количество и длины тросов, количество и массы объектов, их взаимное положение и ориентация остаются постоянными. Ко второму типу относятся "динамические" системы, существенно изменяющие количество и длину тросов, число и массу входящих в нее объектов, их взаимное положение и ориентацию.
"Электромагнитные" системы снабжены электропроводными изолированными тросами с плазменными контакторами на концах и активно взаимодействуют с магнитным полем и ионосферой Земли.
Основы концепции тросовых систем как одного из перспективных на-правлений развития космической техники были заложены в свое время россий-скими учеными. Константин Циолковский предлагал использовать тросовую систему для создания искусственной тяжести на борту орбитальной станции. Фридрих Цандер выдвинул идею "космического лифта" в виде 60 000 км троса, протянутого с поверхности Луны к Земле. Под действием гравитационных и центробежных сил такой трос будет постоянно натянут и по нему, как по ка-натной дороге, считал ученый, можно будет транспортировать грузы.
В 1965 г. в РКК "Энергия" (в то время Центральное конструкторское бю-ро машиностроения) под руководством Сергея Королева велась подготовка к первому в мире космическому эксперименту с тросовой системой. Проект пре-дусматривал создание искусственной силы тяжести на корабле "Союз", соеди-ненном стальным тросом с последней ступенью ракеты-носителя, при приве-дении этой связки во вращение. Но после смерти Королева проект был закрыт, и работы по тросовым системам в РКК "Энергия" возобновились только спустя 20 лет.
За рубежом ряд тросовых экспериментов был осуществлен в американ-ских, итало-американских и американо-японских проектах. Не все они были удачными, но, тем не менее, часть запланированных исследований удалось реа-лизовать.
В работах, которые выполнялись в последние годы в ИКИ РАН, исследо-валась возможность построения группировки орбитальных тросовых систем (ОТС), позволяющей обеспечить, например, циклическую доставку полезного груза с Земли на Луну и обратно. Теоретические и экспериментальные прора-ботки показали, что группировка должна состоять из двух тросовых систем, расположенных на околоземных орбитах - низкой круговой и эллиптической - и одной на орбите около Луны.
В предлагаемую российскими учеными группировку помимо орбиталь-ных тросовых систем включены также обменные грузы, которые должны осу-ществлять перелет от одной тросовой системы к другой. В сущности, именно обеспечение перелета грузов от одной тросовой системы к другой как бы свя-зывает отдельные тросовые системы в одно целое, превращая их в транспорт-ную артерию. Существенным при этом является то обстоятельство, что в про-цессе перелета объекты системы должны обмениваться не только массами, но и энергией.
Необходимо также, чтобы тросы были способны долго сохранять рабо-тоспособность в условиях бомбардировки метеорными частицами, агрессивно-го излучения, окисления кислородом верхних слоев атмосферы и т.д.
К настоящему времени в ИКИ РАН осуществлен ряд модельных экспе-риментов в водной среде, подтверждающих основные характеристики плани-руемой транспортной системы Земля - Луна - Земля. Расчеты показывают, что при транспортировке с Земли на Луну такая система будет иметь массу в 28 раз меньшую, чем груз, который она будет способна доставить за срок своей службы, в то время как традиционные ракетные методы потребуют только топ-лива в 16 раз больше, чем сам полезный груз.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции
