Le développement de la technologie des fusées, semble-t-il, approche de la limite de ses capacités, de sorte que les scientifiques et les ingénieurs sont engagés dans le développement et la recherche de nouvelles méthodes de lancement de cargaison en orbite terrestre basse et au-delà. Parmi les plus prometteuses, il y a l'idée d'un «ascenseur spatial» avancée en 1895 par le scientifique russe Konstantin Tsiolkovsky. Jusqu'à récemment, on pensait que le niveau actuel de développement de la technologie ne permettait pas sa mise en œuvre, mais un groupe de scientifiques américains ne partage pas cet avis.
Le projet Tsiolkovsky de «tour orbitale» a été développé dans les années 1960 par l'ingénieur soviétique Yuri Artsutanov. Dans ses écrits, il propose une structure modifiée par rapport à l'expérience accumulée depuis l'époque de Tsiolkovsky. Il est à noter qu'Artsutanov a publié son article «Dans l'espace à bord d'une locomotive électrique» près d'un an avant le vol de Youri Gagarine. Dans ce document, il a proposé d'utiliser des cordes attachées à des satellites en orbite géosynchrone pour transporter des marchandises et des personnes en orbite. Ainsi, les cordes qui volent librement (rotovateurs) tournent avec la vitesse de la Terre ou d'un autre corps céleste, ce qui assure leur tension. Dans ce cas, le transport par câbles s'effectue avec une accélération nettement inférieure à celle d'un démarrage de fusée. Le roman du célèbre écrivain de science-fiction britannique Arthur Clarke "Fountains of Paradise" est également consacré à la construction de "l'ascenseur spatial".
Théoriquement, un moyen beaucoup plus sûr, moins cher et plus fiable de développer un espace proche de la Terre pour la mise en œuvre nécessite, tout d'abord, la production de câbles d'une résistance de plus de 65 gigapascals (à titre de comparaison: la résistance de l'acier est de 1 à 5 GPa, la fibre de silice est d'environ 20 GPa). Même les nanotubes de carbone à base de graphène ultra-forts n'ont pas encore atteint la résistance requise (malgré le fait que la longueur des échantillons existants ne dépasse généralement pas plusieurs centimètres). Cependant, un article soumis pour publication dans Space Policy par les chercheurs américains Eubanks et Redley (l'original est disponible sur arXiv.org) prouve que la construction d'un ascenseur spatial sur la Lune est très probablement possible avec l'utilisation de polymères disponibles dans la circulation commerciale aujourd'hui.
Sur la corde raide
La première phase du projet, appelée par les auteurs le Deep Space Tether Pathfinder (DSTP), devrait devenir à la fois un prototype d'ascenseur spatial commercialement exploitable entre la Terre et la Lune et un outil important pour la recherche de notre satellite. La rotation du DSTP permettra de capturer suffisamment d'échantillons pour la recherche scientifique dans le cratère Shackleton, après quoi, environ la moitié de la rotation de la corde, la capsule avec les échantillons ira sur Terre, grâce à l'accélération qui vous permet de sélectionner la trajectoire de retour optimale. L'appareil, en termes simples, agira comme une catapulte, vous permettant de déplacer des marchandises de la Lune vers la Terre. Le DSTP ne pourra effectuer qu'une seule expédition d'échantillons, après quoi il ira dans l'espace extra-atmosphérique - et deviendra lui-même l'objet de l'étude de l'influence des micrométéorites sur l'état de l'attache et d'autres facteurs,important pour comprendre le fonctionnement de l'ascenseur spatial. Le câble DSTP mesurera 5 000 km de long et pèsera 2 228 kg.
En cas de succès, la prochaine étape pourrait être la construction de l'infrastructure de l'élévateur spatial lunaire (LKL) proprement dite pour se déplacer sur l'orbite de la Lune depuis la surface du satellite et plus loin vers la Terre. Le système devrait être un câble ultra-long attaché à la surface de la Lune passant par le point de Lagrange (dans lequel le poids fixé sur le câble restera immobile par rapport à deux corps célestes) entre la Lune et la Terre, à environ 56 mille km de la Lune. LKL pourra soulever environ cinq tonnes de roches par an de la Lune et abaisser des équipements du même poids combiné vers la surface lunaire.
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Moyens disponibles
Comme le soulignent les auteurs de l'article, pour la mise en œuvre du projet, compte tenu de la moindre gravité sur la Lune, il est possible d'utiliser des polymères synthétiques déjà existants et disponibles dans le commerce dans la circulation commerciale, comme le polyéthylène haute densité de très haut poids moléculaire (UHMWPE; utilisé notamment pour la fabrication de gilets pare-balles, de revêtement de quais de construction navale. En Russie, il existe deux usines pilotes pour la production d'un tel matériau) et du polyphénylène-2,6-bezobioxazole produit au Japon (PBO; le nom commercial Zylon, est utilisé, en particulier, pour le renforcement des blocs de construction en béton).
Photo: NASA
Selon les calculs des scientifiques, un vol d'une mission spatiale de la classe NASA Discovery suffira à mettre en œuvre le projet. Après la livraison de 58,5 tonnes de polymère Zylon à la pointe de Lagrange, un «entrepôt» des matériaux nécessaires au fonctionnement de l'ascenseur y sera équipé. De là, un véhicule de descente sera abaissé sur la surface de la lune, dans le golfe central, sur un câble, qui deviendra la station de base pour le levage et l'abaissement de la cargaison. Un contrepoids sera tiré dans un espace ouvert pour maintenir l'équilibre du système; la longueur totale du câble atteindra ainsi 278 500 km. Des échantillons de régolithe, sol lunaire, pesant jusqu'à 100 kg seront envoyés à la base intermédiaire de la pointe de Lagrange à l'aide d'une capsule solaire réutilisable. Le carburant pour le transfert ultérieur d'échantillons vers la Terre n'est pas nécessaire, car,Après s'être détachée du câble à une distance d'environ 220,67 mille km de la Lune, la capsule continuera à se déplacer par inertie et entrera dans l'atmosphère terrestre dans environ 34 heures à une vitesse d'environ 10,9 km / s. Pour estimer le volume possible de rotation des cargaisons, il suffit de se rappeler que pendant toutes les missions lunaires Apollo, seuls 382 kg de régolithe ont été livrés sur Terre.
En cas de succès, le deuxième LKL peut être construit de l'autre côté de la Lune, avec une station de base dans la zone du cratère Lipsky. Comme le soulignent les chercheurs, cette position sera, entre autres, un lieu idéal pour la recherche en radioastronomie, puisque la face éloignée de la Lune est complètement isolée des ondes radio de la Terre. Les auteurs du projet estiment la durée de vie des ascenseurs à cinq ans. En plus de la recherche scientifique et de l'utilisation hypothétique pour l'exploitation minière, les ascenseurs lunaires pourraient jouer un rôle important dans la mise en œuvre d'une mission habitée sur Mars. Selon un rapport publié à l'automne 2015 par un groupe de recherche international du Massachusetts Institute of Technology, de l'Université Keio et du Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology,la masse de lancement du vaisseau spatial vers Mars peut être réduite de 68% grâce à l'utilisation de l'oxygène contenu dans le régolithe pour les moteurs (41 à 46% de la gravité spécifique). Eubanks et Redley soulignent dans leurs travaux qu'un facteur supplémentaire pourrait être l'utilisation du contrepoids LKL de l'autre côté de la Lune pour accélérer et lancer des cargos sur l'orbite de Mars pour approvisionner les futures colonies sur la «planète rouge».
Vladislav Krylov
