Die Entwicklung der Raketentechnologie scheint an die Grenzen ihrer Möglichkeiten zu stoßen, so dass Wissenschaftler und Ingenieure neue Methoden für den Start von Fracht in die erdnahe Umlaufbahn und darüber hinaus entwickeln und erforschen. Zu den vielversprechendsten gehört die Idee eines "Weltraumaufzugs", den der russische Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky bereits 1895 vorstellte. Bis vor kurzem wurde angenommen, dass der derzeitige Entwicklungsstand der Technologie ihre Umsetzung nicht zulässt, aber eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler stimmt dieser Meinung nicht zu.
Das vorgeschlagene Tsiolkovsky-Projekt des "Orbitalturms" wurde in den 1960er Jahren vom sowjetischen Ingenieur Yuri Artsutanov entwickelt. In seinen Schriften schlug er eine Struktur vor, die in Bezug auf die seit Tsiolkovskys Zeit gesammelten Erfahrungen modifiziert wurde. Es ist bemerkenswert, dass Artsutanov fast ein Jahr vor Yuri Gagarins Flug seinen Artikel "Into Space on a Electric Locomotive" veröffentlichte. Darin schlug er vor, Seile zu verwenden, die an Satelliten im geosynchronen Orbit befestigt sind, um Fracht und Menschen in den Orbit zu bringen. Somit drehen sich frei fliegende Seile (Rotovatoren) mit der Geschwindigkeit der Erde oder eines anderen Himmelskörpers, wodurch ihre Spannung sichergestellt wird. In diesem Fall erfolgt der Kabeltransport mit deutlich geringerer Beschleunigung als bei einem Raketenstart. Der Roman des berühmten britischen Science-Fiction-Schriftstellers Arthur Clarke "Fountains of Paradise" widmet sich auch dem Bau des "Space Elevator".
Theoretisch erfordert eine viel sicherere, billigere und zuverlässigere Methode zur Entwicklung eines erdnahen Weltraums für die Implementierung zunächst die Herstellung von Kabeln mit einer Festigkeit von mehr als 65 Gigapascal (zum Vergleich: Die Festigkeit von Stahl beträgt 1 bis 5 GPa, Silica-Fasern etwa 20 GPa). Selbst ultrastarke Kohlenstoffnanoröhren auf Graphenbasis haben noch nicht die erforderliche Festigkeit erreicht (trotz der Tatsache, dass die Länge vorhandener Proben normalerweise einige Zentimeter nicht überschreitet). Ein Artikel, der von den amerikanischen Forschern Eubanks und Redley zur Veröffentlichung in Space Policy eingereicht wurde (das Original ist auf arXiv.org erhältlich), zeigt jedoch, dass der Bau eines Weltraumaufzugs auf dem Mond mit der Verwendung von Polymeren, die heute im kommerziellen Verkehr erhältlich sind, höchstwahrscheinlich möglich ist.
Auf dem Drahtseil
Die erste Phase des Projekts, von den Autoren Deep Space Tether Pathfinder (DSTP) genannt, sollte gleichzeitig sowohl ein Prototyp eines kommerziell nutzbaren Weltraumaufzugs zwischen Erde und Mond als auch ein wichtiges Instrument für die Erforschung unseres Satelliten sein. Durch Drehen des DSTP können genügend Proben für die wissenschaftliche Forschung im Shackleton-Krater erfasst werden. Danach geht die Kapsel mit den Proben dank der Beschleunigung, mit der Sie die optimale Rückflugbahn auswählen können, zur Hälfte der Seilrotation zur Erde. Das Gerät fungiert in einfachen Worten als Katapult, mit dem Sie Fracht vom Mond zur Erde befördern können. DSTP wird nur eine Sendung von Proben herstellen können, danach wird es in den Weltraum gelangen - und selbst wird Gegenstand der Untersuchung des Einflusses von Mikrometeoriten auf den Zustand des Haltegurts und anderer Faktoren sein.wichtig für das Verständnis der Funktionsweise des Weltraumaufzugs. Das DSTP-Kabel wird 5.000 km lang und 2.228 kg schwer sein.
Wenn dies erfolgreich ist, könnte der nächste Schritt der Bau der Infrastruktur des Lunar-Space Elevator (LKL) sein, der für die Bewegung in die Mondumlaufbahn von der Satellitenoberfläche und weiter zur Erde geeignet ist. Das System sollte ein superlanges Kabel sein, das an der Mondoberfläche befestigt ist und durch den Lagrange-Punkt (bei dem das auf dem Kabel festgelegte Gewicht relativ zu zwei Himmelskörpern bewegungslos bleibt) zwischen dem Mond und der Erde, ungefähr 56.000 km vom Mond entfernt, verläuft. LKL wird in der Lage sein, ungefähr fünf Tonnen Gestein pro Jahr vom Mond zu heben und Geräte mit demselben kombinierten Gewicht auf die Mondoberfläche abzusenken.
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Verfügbare Mittel
Wie die Autoren des Artikels hervorheben, ist es für die Durchführung des Projekts angesichts der geringeren Schwerkraft auf dem Mond möglich, bereits vorhandene und im Handel erhältliche synthetische Polymere wie ultrahochmolekulares Polyethylen hoher Dichte (UHMWPE) zu verwenden, das insbesondere zur Herstellung von Körperpanzern und zur Auskleidung von Schiffsliegeplätzen verwendet wird In Russland gibt es zwei Pilotanlagen zur Herstellung eines solchen Materials) und Polyphenylen-2,6-bezobioxazol, das in Japan hergestellt wird (PBO; Handelsname Zylon, wird insbesondere zur Verstärkung von Betonbausteinen verwendet).
Foto: NASA
Nach Berechnungen von Wissenschaftlern wird ein Flug einer Weltraummission der NASA Discovery-Klasse ausreichen, um das Projekt umzusetzen. Nach der Lieferung von 58,5 Tonnen Zylon-Polymer an den Lagrange-Punkt wird dort ein "Lager" der für den Betrieb des Aufzugs erforderlichen Materialien eingerichtet. Von dort wird ein Abstiegsfahrzeug über ein Kabel auf die Mondoberfläche in den zentralen Golf abgesenkt, das zur Basisstation für das Heben und Senken von Fracht wird. Ein Gegengewicht wird in den offenen Raum abgefeuert, um das System im Gleichgewicht zu halten. Die Gesamtlänge des Kabels wird somit 278,5 Tausend km erreichen. Proben von Regolith, Mondboden mit einem Gewicht von bis zu 100 kg werden mit einer wiederverwendbaren solarbetriebenen Kapsel zur Zwischenbasis am Lagrange-Punkt geschickt. Kraftstoff für die weitere Übertragung von Proben zur Erde ist nicht erforderlich, daNachdem sich die Kapsel in einer Entfernung von ungefähr 220,67 Tausend km vom Mond vom Kabel gelöst hat, bewegt sie sich weiterhin durch Trägheit und tritt in ungefähr 34 Stunden mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10,9 km / s in die Erdatmosphäre ein. Um das mögliche Volumen des Frachtumsatzes abzuschätzen, genügt es, sich daran zu erinnern, dass während aller Apollo-Mondmissionen nur 382 kg Regolith auf die Erde geliefert wurden.
Bei Erfolg kann die zweite LKL auf der anderen Seite des Mondes mit einer Basisstation im Lipsky-Kratergebiet gebaut werden. Wie die Forscher hervorheben, wird eine solche Position unter anderem ein idealer Ort für die Radioastronomieforschung sein, da die andere Seite des Mondes vollständig von den Radiowellen der Erde isoliert ist. Die Autoren des Projekts schätzen die Lebensdauer der Aufzüge auf fünf Jahre. Neben der wissenschaftlichen Forschung und der hypothetischen Verwendung für den Bergbau könnten Mondaufzüge eine wichtige Rolle bei der Durchführung einer bemannten Mission zum Mars spielen. Laut einem Bericht, der im Herbst 2015 von einer internationalen Forschungsgruppe des Massachusetts Institute of Technology, der Keio University und des Jet Propulsion Laboratory des California Institute of Technology veröffentlicht wurde,Die Startmasse des Raumfahrzeugs zum Mars kann durch die Verwendung von im Regolith enthaltenem Sauerstoff für Triebwerke um 68 Prozent reduziert werden (41-46 Prozent des spezifischen Gewichts). Eubanks und Redley weisen in ihrer Arbeit darauf hin, dass ein zusätzlicher Faktor die Verwendung des LKL-Gegengewichts auf der anderen Seite des Mondes sein könnte, um Frachtschiffe zu beschleunigen und in die Mars-Umlaufbahn zu bringen, um künftig Kolonien auf dem "roten Planeten" zu versorgen.
Vladislav Krylov
