В своём знаменитом романе «Луна — суровая хозяйка» Роберт Хайнлайн описывает будущее лунное поселение, в котором будущие лунные жители («луняне») отправляют на Землю полезные грузы пшеницы и водяного льда с помощью электромагнитной катапульты. В этом рассказе группа лунян замышляет захватить контроль над катапультой и угрожает «забросать Землю камнями», если та не признает Луну независимым миром. Интересно, что учёные уже несколько десятилетий исследуют эту концепцию как средство передачи лунных ресурсов на Землю.
Учитывая, что космические агентства планируют отправлять на Луну миссии для создания постоянной инфраструктуры, интерес к этой концепции возродился. В недавней работе группа учёных из китайского Шанхайского института спутниковой инженерии (SAST) подробно описала, как магнитная ракета-носитель на лунной поверхности может стать экономически эффективным средством доставки ресурсов на Землю. Это предложение может стать частью долгосрочной концепции Китая по созданию лунного поселения, известного как Международная лунная исследовательская станция (ILRS) — совместного проекта с Российским космическим агентством (Роскосмос).
Согласно недавней статье в South China Morning Post, катапульта будет использовать технологию магнитной левитации (маглев) и работать по тому же принципу, что и метание молота в лёгкой атлетике, «но вращаясь с нарастающей скоростью, прежде чем бросить капсулу-носитель в сторону Земли». На лунной поверхности почти вакуумная среда и низкая гравитация — примерно 16,5% от земной (0,165 g) — будут способствовать выбросу полезной нагрузки. По мнению команды SAST, предлагаемая система может осуществлять два запуска в день при одной десятой стоимости существующих методов транспортировки.
Как уже отмечалось, концепция магнитной катапульты на Луне — идея, проверенная временем. Предыдущие версии этой концепции включают слингатрон, предложенный в 1998 году известным физиком Дереком А. Тидманом, который предполагал использование кругового магнитного ускорителя, а не вращающегося рычага. Аналогичная система запуска, предложенная китайской исследовательской группой, будет состоять из 50-метровой вращающейся стрелы и высокотемпературного сверхпроводящего двигателя. Он будет питаться от солнечных батарей и ядерного реактора и предназначен для преобразования кинетической энергии в электричество во время фазы замедления. Это позволит ему рекуперировать более 70 % энергии, потребляемой после каждого запуска.
После десятиминутного разгона манипулятор достигнет скорости убегания на Луне в 2,4 км/с (1,5 м/с) и выведет полезную нагрузку на траекторию по направлению к Земле. Команда также подчёркивает, что основной полезной нагрузкой будет гелий-3, собранный из лунного грунта, который можно будет использовать для питания термоядерных реакторов на Земле. «Техническая готовность системы относительно высока», — пишут они. «Поскольку она потребляет только электричество и не требует топлива, её масштаб будет относительно небольшим, а реализация — простой. Главная цель — добыча и возвращение гелия-3 для решения энергетического кризиса на Земле. Проект также будет способствовать развитию технологий космической добычи, тяжёлых ракет-носителей и искусственного интеллекта».
Если на Земле можно найти всего 0,5 тонны этого элемента, то в реголите Луны его содержится примерно 1 миллион тонн. Согласно статье команды, 20 тонн будет достаточно для удовлетворения годовых потребностей Китая в электроэнергии, а 1 миллиона тонн — для удовлетворения мировых потребностей в энергии в течение более тысячи лет. По их оценкам, система будет весить около 80 тонн и сможет оставаться в рабочем состоянии не менее 20 лет.
Однако строительство этой системы придётся отложить до тех пор, пока Китай не завершит разработку своих сверхтяжёлых ракет-носителей Long March 9 (CZ-9) и Long March 10 (CZ-10). Эти ракеты необходимы для создания ILRS, которое должно быть завершено к 2035 году с помощью других национальных космических агентств. В связи с этим предлагаемая система запуска может стать частью долгосрочных планов Китая по освоению Луны в конце 2030-х или в 2040-х годах. Предложенные командой сроки согласуются с этим: они надеются завершить разработку ключевых компонентов системы к 2030 году и ожидают полномасштабного внедрения к 2045 году.
Естественно, как и в случае с другими предложениями по строительству и освоению Луны, возникает вопрос стоимости. По данным исследовательской группы, стоимость строительства системы запуска составит примерно $18,25 миллиарда. Однако на прошлогоднем заседании Китайской ассоциации науки и техники (CAST) член группы Чу Инчжи заявил, что добыча трёх-пяти тонн гелия-3 в год может принести доход в 100 миллиардов юаней. Для того чтобы построить такую систему, необходимо решить множество технических и логистических проблем.
Для начала, в работе исследовательской группы не рассматривается вопрос о том, как гелий-3 будет добываться из местного реголита. Как отметил Чу, также необходимо установить систему на изрезанной лунной поверхности, обеспечить устойчивость вращающегося манипулятора на высоких скоростях и гарантировать, что он сможет работать в лунной среде, которая подвержена резким колебаниям температуры, космическим лучам и повышенному уровню солнечной радиации. Но в долгосрочной перспективе магнитная система запуска — это элегантное предложение и относительно экономичная альтернатива запуску космических аппаратов с поверхности Земли.
