А вы знаете, что используя закон сохранения энергии можно гораздо легче доставлять грузы на Луну, обменом масс?

image

Это немного похоже, как это делается строительным блоком: один груз опускаем, а другой, равный по массе, поднимаем. Только для этого вовсе не потребуется троса длиной 380 тысяч км!

image

Да и 36 тысяч км до ГСО как у космического лифта Арцутанова-Кларка тоже, так как таких нереальных сооружений нам не понадобится. Хотя оно и понятно, что именно на двух таких лифтах (лунном и земном) и можно бы было, используя закон сохранения энергии гораздо легче доставлять грузы на Луну обменом на опускаемую сюда такую же массу лунного грунта, используя рекуперацию энергии. Но к большой моей радости, материалов для земного космического лифта нет, и не предвидится, и я могу чувствовать себя Колумбом новых технологий.

На орбиту мы будем выбираться пока по старинке ракетами Маска, например, Фалькон Хеви, но запускаемыми не с мыса Канаверал, а с экватора. Там в плоскости экватора орбиты наших спутников и пращей не будут прецессировать из-за сплюснутости Земли, поэтому будут оставаться в одной плоскости, что позволит нашим спутникам переходить с одной орбиты на другую при помощи обменных пращей.

image

Свойства инерции и эллиптических орбит, открытых ещё Кеплером, позволяют осуществлять почти беззатратное путешествие грузов в космическом вакууме от НОО (низкая околоземная орбита) до окололунной орбиты и даже до её поверхности. Это если научиться при помощи специальных пращей обменивать орбитами 2 спутника равных масс. Как вы понимаете, такой обмен не запрещён ни одним из законов сохранения, которых в механике известно три: ЗСЭ, ЗСИ и ЗСМИ. Так как скоростями (точнее их векторами) обмениваются объекты равных масс, то при этом все эти законы не нарушаются, а праща является идеальным инструментом для этого, который осуществляет такой обмен практически бес потерь механической энергии, т. к. и её натяжение при обмене не изменяется!

image

Но праща это немного сложно для вас, чтобы сразу всё понять, как она будет работать. Обратите внимание на картинку с бильярдными шарами. Всем, игравшим в бильярд, известно, что при лобовом ударе в стоящий шар, шары просто обмениваются векторами скоростей: бьющий останавливается, а стоявший приобретает скорость первого. Случись такое в космосе на орбите земли — это тоже будет ОРБИТООБМЕН!

image

Вот последовательностью таких обменов, даже между бильярдными шарами в принципе, можно добраться до поверхности Луны! Начиная от НОО и заканчивая столкновением покоящегося на вершине лунной горы шара с другим шаром, несущимся по окололунной орбите со скоростью 1680 м/с!
Конечно, абсолютно упругий удар на такой скорости не возможен (просто произойдёт взрыв и энергия перейдёт в тепло), но эта проблема решается при помощи двух пращей, вращающихся с половинной скоростью 840 м/с, что вполне реально.

Из орбит с кратными периодами обращения можно построить обменный конвейер до самой Луны. Эта кратность периодов просто необходима для периодических сближений обмениваемых спутников равных масс (один из них полезный груз для лунной базы, а другой балласт из лунного грунта) и орбитальных пращей в зонах касания орбит, где и будут происходить обмены.

image

Причём за время одного прохождения пращой зоны обменов (где касаются орбиты) можно произвести не один, а десятки или даже сотни обменов! Может получиться очень эффективный конвейер, когда общая масса обмененных за один проход зоны грузов в сто раз превзойдёт массу пращи с её двумя грузами на концах. И такая операция возможна каждый лунный месяц (раз в 27,32 суток).

image

То есть мы можем ежемесячно доставлять на Луну десятки тонн грузов, не тратя на это 90% ракетного топлива от массы выводимого на НОО полезного груза, как это делается по обычной ракетной технологии. Всё, что выведено на НОО (а не 10% как сейчас) будет доставлено на Луну! На коррекции орбит может быть потрачено всего 1-2% топлива от массы того, что будет доставлено на Луну, т. е. в 900 раз меньше: сравните 1% необходимого топлива при ОРБИТООБМЕНЕ и 9/10 от выведенного на НОО груза при ракетной доставке!

Это уменьшит регулярные затраты на доставку грузов на Луну в 10 раз, а строительство этого «конвейера на Луну» может оказаться совсем не дорого!

Больше всего по нынешним временам (десятки тысяч $ за 1 кг) тут стоит выведение десятков или даже сотен обменных грузов (для высокой месячной производительности конвейера) на высокие целевые орбиты. И 6-7 пращей надо вывести туда же, на разные высокие и окололунные орбиты. Плюс для доставки грузов на Луну понадобятся приёмные карусели на полюсах Луны и в других важных местах-портах на её поверхности. Обойдется же эта доставка элементов конвейера лишь как 3-4-х месячный объём доставляемых на Луну им же грузов. То есть не так уж и дорого по отношению к экономическому эффекту.

При этом есть множество лайфхаков, удешевляющих эту стройку-доставку. Начиная с обещанных Маском 1000 $ за 1 кг на НОО. Далее, использование части конвейера (до орбиты радиусом 3,43 радиуса Земли) как части обменной транспортной системы до ГСО. Там постоянно скапливаются отработавшие свой срок спутники большой массы 3-5 тонн! Этот «мусор» можно заменять при помощи пращей на новые спутники. При этом топлива не потребуется, а сейчас его требуется 75%. То есть доставка на ГСО будет удешевлена в 4 раза!

image

Отходы от этой деятельности (обрезки старых спутников, спущенные с ГСО) будут скапливаться на НОО над экватором. Не стоит вызывать возмущение жителей экваториальных стран, сбрасывая тоннами искусственных метеоритов им на головы весь этот мусор! Его можно использовать частью как радиационную защиту для туристической коммерческой орбитальной станции, частью как реактивное рабочее тело для неё же. Крупинки любого метала можно отбрасывать назад рельсотроном со скоростью 15 км/с относительно станции, летящей по орбите со скоростью 7,7 км/с. Крупинкам останется относительно Земли 7,3 км/с скорости назад. И они будут красиво падающими звёздами опадать в атмосферу, радуя глаз местных жителей и привлекая для них туристов. Эти звёздочки можно сыпать и по заказу! В нужном месте и в нужное время. И даже рекламные надписи в небе выписывать разными цветами, например, натрий, даёт жёлтый, а медь зелёный.

Кстати, обменные грузы могут быть запущены с Луны пращами раз в 100 легче по энергозатратам, чем с Земли, так как КПД их высок, а необходимая скорость броска с Луны всего 2,5 км/с. С Земли вместе с гравитационными потерями ракет требуется характеристическая скорость 10 км/с, в 4 раза больше! По энергии экономия в 16 раз, а КПД ракет процентов 10-20 примерно. Но главное, что пращами бросать дёшево! Дешевле чем электромагнитной катапультой.

Это облегчает нам на 80% увеличение до проектных «мощностей конвейера на Луну» в сотни тонн в месяц, т.к. 90% обменных грузов можно запустить с Луны. Ну, а «первые 10% всей массы конвейера» можно вывести и обычными ракетами – тогда в месяц на Луну для начала будут доставляться «только» десятки тонн оборудования. Пращи и энергетика, жильё и СЖО для первых жителей Луны — наладчиков всего оборудования лунной базы.

Но и это не предел удешевления: обменные грузы могут быть запущены с квазиспутника Земли — недавно открытого астероида. Тогда затраты на создание «конвейера на Луну» сведутся почти что только к НИР и ОКР по созданию достаточно малых пращей для наноспутников и их испытанию на целевых орбитах.

Затем размеры (и массы) пращей и обменных грузов можно нарастить до тонны, что достаточно для доставки практически любых неразделяемых на части грузов. В перспективе это будут даже капсулы с человеком. Но это (доставка людей на Луну в обменных капсулах пращами длиной в 17-34 км с допустимыми максимальными перегрузками менее 4,2-8,4 же) дело далёкого будущего – сначала пойдут грузы конструктивных элементов, которые можно подвергать перегрузкам до 85 же, и из которых на Луне можно собрать всё необходимое. При этом общая длина пращи между двумя грузами на противоположных концах составит всего 1700 метров при скорости вращения 850 м/с.

Так как орбитообменный полёт к Луне требует в среднем большего времени, чем ракетный, людей ОРБИТООБМЕНОМ лунными орбитальными пращами сначала начнут перевозить между лунными портами-каруселями, а не между Землёй и Луной. Перегрузка на орбите там не будет высокой, например, 2,2 же при радиусе вращения 33,6 км. А вот на карусели (в порту) первопроходцам Луны придётся потерпеть несколько минут перед выходом на орбиту или после схода с неё, например, 8,4 же! При разгоне до 840 м/с или торможении с этой скорости. Это при длине каната и радиусе вращения 8,4 км. Зато для карусели не потребуется очень высокая башня: 8,4 км/6/8,4 же=1 км/6 = 170 метров. Это примерно-оценочно обойдётся по затратам материалов как на Земле башня высотой 30 метров. Кстати, и ветров на Луне не бывает… так что не дорого выйдет: выдержать только статическую нагрузку — вес двух капсул с людьми и двух канатов примерно той же массы при 1/6 от нашей силы тяжести.
Так что люди и грузы по Луне на дальние расстояния будут перемещаться по низкой орбите со скоростью 1680 м/с, одновременно вращаясь в вертикальной плоскости на концах орбитальных пращей относительно их центра масс со скоростью 840 м/с.
Так что в нижней точке скорость относительно лунной поверхности будет равна половине орбитальной – те же 840 м/с.

image

Это позволяет грузам и капсулам с человеком попадать в эту точку обменным способом со стоящей на поверхности Луны карусели, раскрученной горизонтально тоже до скорости же 840 м/с. При этом груз той же массы соскочит с пращи на карусель, которую для съёма груза (или капсулы) остановят.

Все грузы будут выходить на орбиту и сниматься с неё без серьёзной затраты ракетного топлива (только на небольшие коррекции) и путешествовать в основном по полярным орбитам. С полярной орбиты доступна вся поверхность Луны за время ½ её оборота, т.е. за 2 недели. Если вывести 14 пращей на 14 полярных орбит, которые разрисуют своими траекториями Луну как арбуз на 28 чёрных полосок, то вся поверхность Луны, любая точка будет доступна с этих пращей 1 раз в сутки. Перевалочными пунктами будут карусели на полюсах – это два важнейших лунных порта: «Кто владеет ими – владеет всей Луной!» (с) Слова мои, музыка… Бельмондо)

Вы представляете, в какую туристическую Мекку при этом превратится Луна? Карусели будут поставлены кроме полюсов около всёх 6-ми мест посадок Аполлонов. Назовите мне ещё 6 монументальных кратеров, на краях которых для начала стоит поставить башни каруселей. Для начала их будет 14 – для оптимальности по затратам материалов: число каруселей равно числу орбитальных пращей.

Хотелось бы тут ещё и расписать дорожную карту перевода космонавтики на ОРБИТООБМЕН, но скажу только о том, что начать надо с периодических точных сближений наноспутников на орбите, желательно экваториальной. Но это потребует запуска не из России, а с космодрома Куру. Нужно для начала запустить 3 навигационных кубсата на близкие орбиты высотою 575 км и периодом 96 минут — 15 витков в сутки.

По расстоянию до этих 3-х спутников можно получать точные данные о местоположении других наноспутников, чтобы измерять параметры и корректировать их орбиты в объёме тонкого кольца-тора вокруг этой круговой орбиты. Достаточно, чтобы размер этой зоны точной навигации был порядка 10 км, но точность легко и дёшево может быть достигнута порядка 1-10 см! Это может быть даже университетским студенческим проектом.

В начале будут отрабатываться сближения спутников с равными периодами по 96 минут на каждом витке. А потом сближения спутников с кратными периодами 1/15 и 1/14 суток, это сближение на относительной скорости 170 м/с будет происходить редко, раз в две недели, но на нём будет доказана возможность точной наводки и орбитообмена на скорости вращения пращи 170 м/с. Тогда уже можно переходить к запуску такой пращи.
Метки:
космонавтика, обмен орбитами, космическая праща, луна, илон маск, вакуум, спутниковые технологии, спутниковая навигация