Kategorie
Kosmologia

Księżycowa winda

Księżycowa winda

Księżyc może być marnym miejscem na budowanie osiedli, jest jednak idealnym miejscem na zbudowanie windy. Nie wiecie, o co chodzi? Dobrze, zacznę od początku.

W 1960 roku radziecka gazeta „Komsomolskaja Prawda” opublikowała wywiad z inżynierem Y. N. Artsutanowem, zawierający opis nowatorskiej metody transportu Ziemia-orbita. W projekcie Artsutanowa satelita umieszczony na orbicie geostacjonarnej wypuszczałby kabel jednocześnie w dół, ku Ziemi, oraz w górę, w przeciwnym kierunku, zachowując środek masy, a więc i orbitę, w równowadze. Procedurę tę kontynuowałby przez około 36 tysięcy kilometrów, do momentu, gdy dolny koniec kabla dotknąłby Ziemi, gdzie zostałby zakotwiczony i mógł posłużyć do zamontowania wind towarowych. Windy te służyłyby do transportowania ładunków z Ziemi do satelity, skąd wypuszczane byłyby na orbitę geostacjonarną. Gdyby ładunki pojechały dalej wzdłuż kabla, poza satelitę, osiągnęłyby prędkość większą niż orbitalna i mogłyby zostać skierowane na trajektorie, które poniosłyby je na Księżyc, Marsa, Jowisza i dalej. Innymi słowy, Artsutanow zaprojektował podniebny dźwig czy może raczej pęd magicznej fasoli, dzięki której, podobnie jak w bajce, można by dosłownie wspiąć się z powierzchni Ziemi aż do nieba.

Koncepcja ta została opublikowana zarówno po rosyjsku, jak i po angielsku, lecz zrazu nie spotkała się z zainteresowaniem. Ponownie odkryta została w 1975 roku przez Jerome’a Pearsona z Wright Patterson Air Force Base. Pearson opublikował serię artykułów na temat projektu, podając dużo więcej szczegółów niż poprzedni autorzy, między innymi obliczenia masy systemu, dokładne projekty uwięzi kompozytowych oraz dopuszczalne prędkości poruszania kabiny wzdłuż kabla, by nie spowodować niebezpiecznych wibracji. Następnie koncepcja geostacjonarnej windy została upowszechniona przez Arthura C. Clarke’a, który uczynił z niej główny obiekt swej powieści Fountains of Paradise (Fontanny raju).

Projekt windy przedstawiony przez Artsutanowa, Pearsona i Clarke’a był cudownym pomysłem, oferującym ostateczne i wygodne rozwiązanie problemu taniego transportu ładunków z Ziemi w przestrzeń kosmiczną. Istniał tylko jeden problem: pomysł był niewykonalny. Niewykonalny, ponieważ aby móc umieścić ładunek na dolnym końcu kabla geostacjonarnego, musimy mu nadać odpowiednią grubość. Następny kawałek kabla musi utrzymać nie tylko ładunek, lecz również odcinek kabla znajdujący się poniżej. Gdy posuwamy się w górę, do wysokości 36 tysięcy kilometrów nad Ziemię, na orbitę geostacjonarną, kabel musiałby być coraz grubszy i grubszy, a jego masa oraz średnica rosłyby cały czas. W zależności od współczynnika określającego stosunek wytrzymałości kabla do jego ciężaru, charakteryzującego materiał, z którego kabel jest wykonany, środkowa jego część znajdująca się w pobliżu satelity musiałaby być 10-20 razy grubsza niż końce. Podobnie nierealnie przedstawiałyby się proporcje między masą kabla a masą przenoszonego ładunku. Dopóki nie będziemy mogli zastosować nieistniejących na razie materiałów o niespotykanych parametrach, jak na przykład długie na 36 tysięcy kilometrów, mono-krystaliczne włókna grafitowe, winda mająca udźwig tony musiałaby ważyć kwadryliony ton. Przy użyciu zwykłych materiałów ten pomysł po prostu nie da się zrealizować.

Cóż, w każdym razie nie na Ziemi. Na Księżycu jednak sprawy przedstawiają się nieco inaczej. Tam winda musiałaby zmierzyć się z ciążeniem 6 razy mniejszym niż na Ziemi, a i kabel mógłby być znacznie krótszy. W efekcie cały projekt staje się zdecydowanie bardziej wykonalny. 1 rzeczywiście, po przeanalizowaniu równań opisujących parametry kabla okazuje się, że na Księżycu bylibyśmy w stanie zbudować takie urządzenie, nawet przy użyciu dzisiejszych materiałów, takich jak na przykład spectra, plastik

o dużej wytrzymałości. Co prawda winda księżycowa i tak musiałaby ważyć około 100 razy więcej niż ładunek, który będzie w stanie unieść czy opuścić, lecz przy założeniu funkcjonowania bez przerw zapewne okaże się, że takie przedsięwzięcie opłacałoby się w dojrzałej bazie księżycowej.

Są dwie możliwości zrealizowania windy księżycowej. Pierwszą z nich jest system stacjonarny, ze środkiem masy w punkcie Lagrange’a L1, gdzie siły przyciągania Ziemi i Księżyca się równoważą. Taka winda stacjonarna wymagałaby poruszających się po kablu kabin przenoszących ładunki, jak w projekcie Artsutanowa. Inną możliwością byłoby umieszczenie środka masy na niskiej orbicie równikowej, w taki sposób, aby cały układ obracał się wokół środka masy. Należałoby tak wyliczyć prędkość kątową obrotu, by przy powierzchni Srebrnego Globu prędkość liniowa końca kabla była zbliżona do zera. Przy takim systemie wystarczyłoby poczekać na koniec kabla i zająć miejsce w kabinie, by polecieć (pojechać?) na orbitę, zupełnie jak na diabelskim kole w wesołym miasteczku. Można by umieścić sześć takich stacji załadunkowych na trasie końcówki kabla, która przesuwałaby się nad każdą z nich co kilka godzin. Gdybyśmy potrzebowali przemieścić się szybko z jednego miejsca na Księżycu do drugiego, moglibyśmy wsiąść na jednej stacji, a wysiąść na innej. Przy układzie umieszczonym na orbicie równikowej byłoby tylko 6 stacji i wszystkie leżałyby na równiku. Gdyby umieścić wirującą windę na orbicie biegunowej, można by zbudować o wiele więcej stacji rozsianych po powierzchni Księżyca, lecz do każdej z nich końcówka kabla docierałaby odpowiednio rzadziej.

Oczami wyobraźni widzę hasła reklamowe: „Podróżuj roto-pędem fasoli! To niemal równie dobre jak pobyt tutaj!”. Takie slogany skrywałyby jednak prawdziwe trudności związane z utrzymaniem wind. Orbity księżycowe bywają niestabilne, teren zaś jest nierówny, więc aby zapewnić prawidłowe działanie, grupa inżynierów zajmujących się windą musiałaby włożyć w to mnóstwo pracy i wysiłku umysłowego. Ich mottem byłoby zapewne: „Niech się kręci!”.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *