Przemówienie Arthura C. Clarke'a w latach 60. XX wieku wyjaśniające satelity geostacjonarne dało Pearsonowi inspirację dla całej koncepcji wind kosmicznych podczas pracy w NASA Ames Research Center w Kalifornii podczas lądowań na Księżycu Apollo.
„Clarke powiedział, że dobrym sposobem na zrozumienie satelitów komunikacyjnych na orbicie geostacjonarnej było wyobrażenie sobie ich na szczycie wysokiej wieży, wznoszącej się 35786 km (22 236 mil) nad Ziemią”, wspomina Pearson, „pomyślałem, dlaczego nie zbudować prawdziwego wieża?"
Uświadomił sobie, że teoretycznie możliwe jest zaparkowanie przeciwwagi, takiej jak mała asteroida, na orbicie geostacjonarnej, a następnie wyciągnięcie kabla w dół i przymocowanie go do równika Ziemi. Teoretycznie samochody windowe mogą podróżować długim kablem i przenosić ładunek ze studni grawitacyjnej Ziemi w kosmos za ułamek ceny dostarczanej przez rakiety chemiczne.
… W teorii. Problem wtedy i teraz polega na tym, że materiał wymagany do utrzymania nawet samej masy kabla w grawitacji Ziemi nie istnieje. Dopiero w ciągu ostatnich kilku lat, wraz z pojawieniem się nanorurek węglowych - o wytrzymałości na rozciąganie na boisku - ludzie w końcu przeszli przez etap śmiechu i zaczęli go poważnie badać. Podczas gdy nanorurki węglowe zostały wyprodukowane w małych ilościach w laboratorium, inżynierowie są jeszcze wiele lat od połączenia ich w długi kabel, który mógłby zapewnić niezbędną wytrzymałość.
Pearson wiedział, że wyzwania techniczne są ogromne, więc zastanawiał się: „dlaczego nie zbudować windy na Księżycu?”.
Na Księżycu siła grawitacji jest jedną szóstą tego, co odczuwamy tutaj na Ziemi, a kabel windy kosmicznej dobrze mieści się w naszej obecnej technologii produkcji. Rozciągnij kabel z powierzchni Księżyca, a będziesz miał niedrogą metodę dostarczania minerałów i zapasów na orbitę Ziemi.
Księżycowa winda kosmiczna działałaby inaczej niż ta oparta na Ziemi. W przeciwieństwie do naszej własnej planety, która obraca się co 24 godziny, Księżyc obraca swoją oś tylko raz na 29 dni; tyle samo czasu zajmuje ukończenie jednej orbity wokół Ziemi. Właśnie dlatego możemy zobaczyć tylko jedną stronę Księżyca. Koncepcja orbity geostacjonarnej nie ma większego sensu wokół Księżyca.
Istnieje jednak pięć miejsc w układzie Ziemia-Księżyc, w których można umieścić obiekt o niskiej masie - jak satelita… lub przeciwwaga windy kosmicznej - i pozostawić je stabilne przy bardzo małej energii: punkty Lagrange'a Ziemia-Księżyc. Punkt L1, punkt około 58 000 km nad powierzchnią Księżyca, będzie działał idealnie.
Obrazowanie, że unosisz się w kosmosie w punkcie między Ziemią a Księżycem, w którym siła grawitacji z obu jest idealnie zrównoważona. Spójrz w lewo, a Księżyc znajduje się w odległości około 58 000 km (37 000 mil); spójrz w prawo, a Ziemia jest ponad 5 razy większa. Bez żadnych silników odrzutowych ostatecznie wylecisz z tego idealnego punktu równowagi, a następnie zaczniesz przyspieszać w kierunku Ziemi lub Księżyca. L1 jest zrównoważony, ale niestabilny.
Pearson proponuje, aby NASA wystrzelił statek kosmiczny z wielką szpulą kabla do punktu L1. Powoli cofałby się od punktu L1, gdy rozwijał kabel na powierzchnię Księżyca. Gdy kabel był zakotwiczony do powierzchni Księżyca, zapewniałby napięcie, a cały kabel wisiałby w idealnej równowadze, jak wahadło skierowane w stronę ziemi. I podobnie jak wahadło, winda zawsze utrzymywałaby się idealnie w linii z punktem L1, gdy grawitacja Ziemi szarpałaby go. Misja może obejmować nawet małego wspinacza zasilanego energią słoneczną, który mógłby wspiąć się z powierzchni Księżyca na szczyt kabla i dostarczyć próbki skał księżycowych na wysoką orbitę Ziemi. Kolejne misje mogłyby dostarczyć całe zespoły wspinaczy i przekształcić koncepcję w operację produkcji masowej.
Zaletą podłączenia windy do Księżyca zamiast do Ziemi jest prosty fakt, że zaangażowane siły są znacznie mniejsze - grawitacja Księżyca wynosi 1/6 siły ziemskiej. Zamiast egzotycznych nanorurek o ekstremalnej wytrzymałości na rozciąganie kabel można zbudować przy użyciu dostępnych w handlu materiałów o wysokiej wytrzymałości, takich jak Kevlar lub Spectra. W rzeczywistości Pearson wyzerował komercyjne włókno o nazwie M5, które według jego obliczeń ważyłoby tylko 6800 kg dla pełnego kabla, który utrzymywałby udźwig 200 kg u podstawy. To mieści się w możliwościach najpotężniejszych rakiet dostarczanych przez Boeinga, Lockheeda Martina i Arianespace. Jedno uruchomienie polega na umieszczeniu windy na Księżycu. Po zainstalowaniu windy można było zacząć wzmacniać ją dodatkowymi materiałami, takimi jak szkło i bor, które można wyprodukować na Księżycu
Co byś zrobił z windą kosmiczną podłączoną do Księżyca? „Mnóstwo” - mówi Pearson - „na Księżycu znajdują się wszelkiego rodzaju zasoby, które łatwiej byłoby tam zebrać i wprowadzić na orbitę, niż wystrzelić je z Ziemi. Księżycowy regolit (brud księżycowy) mógłby być wykorzystywany jako osłona dla stacji kosmicznych; metale i inne minerały mogą być wydobywane z powierzchni i wykorzystywane do budowy w kosmosie; a jeśli lód zostanie odkryty na biegunie południowym Księżyca, możesz dostarczyć wodę, tlen, a nawet paliwo do statku kosmicznego. ”
Jeśli lód wodny pojawia się na biegunie południowym Księżyca, możesz poprowadzić tam drugi kabel, a następnie podłączyć go na końcu do pierwszego kabla. Umożliwiłoby to południowej bazie Księżyca dostarczenie materiału na orbitę wysokiej Ziemi bez konieczności podróżowania wzdłuż ziemi do podstawy pierwszej windy.
Byłoby wspaniale dla skał, ale nie dla ludzi. Nawet jeśli wspinacz poruszałby się liną z prędkością setek kilometrów na godzinę, astronauci podróżowaliby przez tygodnie i byliby narażeni na promieniowanie kosmosu. Ale kiedy mówisz o ładunku, powolny i stały wygrywa wyścig.
Pearson po raz pierwszy opublikował swój pomysł na windę księżycową w 1979 roku i od tego czasu ją realizuje. Jednak w tym roku NASA się nie śmieje, słuchają. Firma Pearson, Star Technology and Research, niedawno otrzymała grant w wysokości 75 000 USD od NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) na sześciomiesięczne badanie w celu dalszego zbadania tego pomysłu. Jeśli pomysł okaże się obiecujący, Pearson może otrzymać większą dotację na rozpoczęcie przezwyciężania niektórych problemów inżynieryjnych i poszukiwanie partnerów w NASA i NASA, którzy pomogą w jego rozwoju.
NIAC szuka pomysłów wykraczających poza normalną strefę komfortu technologii NASA - na przykład ... windę na Księżycu - i pomaga je rozwinąć do tego stopnia, że wiele zagrożeń i niewiadomych zostało wyeliminowanych.
Pearson ma nadzieję, że ta dotacja pomoże mu przekonać NASA, że winda księżycowa będzie nieocenionym wkładem w nową wizję eksploracji kosmosu Księżyc-Mars, wspierając przyszłe bazy księżycowe i przemysł kosmiczny. Dałoby to inżynierom sposób na zrozumienie trudności związanych z budowaniem wind w kosmos bez podjęcia ogromnego wyzwania, jakim jest najpierw zbudowanie go na Ziemi.
Wpisany przez Fraser Cain
