Любой любитель космонавтики, при обсуждении промышленного освоения луны, обязательно хочет построить на поверхности луны электромагнитную катапульту. Как вариант в место катапульты может обсуждаться пушка на легких газах или космическая праща, интересные варианты, но пушка требует легких газов, а праща большой зоны отчуждения, но возможно они будут рассмотрены в других постах, а пока сосредоточимся на катапульте.
Стоит заметить что все что будет сказано для катапульты также и справедливо и для пушки и для пращи.
Преимущество катапульты всем известны, это возможность запускать грузы в космос без расхода дополнительных материалов (топлива) только посредством электроэнергии, по этому в первой части мы сосредоточимся на мало обсуждаемых недостатках катапульты.
Первое, создание электромагнитных полей достаточной напряженности требует очень высокотехнологичного и массивного оборудования, другими словами катапульту не получится сделать на луне из лунных материалов, ее придется сделать и испытать на земле, а потом разобрать и доставить на луну частями.
Второе, масса катапульты способно запустить даже небольшой снаряд, скажем в одну тонну, только начинается с 10.000 тонн, а в реальности может быть значительно больше. Представить себе катапульту способную запустить ракету в сотни и тысячи тонн в данный момент не реально. То есть катапульта это игольное ушко, с одной стороны через которое можно запускать грузы непрерывно, а с другой стороны только маленькими порциями.
Третье, КПД катапульты с большой долей вероятности окажется очень и очень низким, в данный момент назвать точное соотношение не возможно, но если на один гигаватт мощности удастся получить один мегаватт производительности это будет большой успех.
Представим что указанные выше сложности преодолены и катапульта у нас уже есть, рассмотрим некоторые другие особенности ее применения.
Во первых, если мы хотим запускать контейнеры сразу прямо на землю, то как выясняется катапульта должна быть не только соответствующим образом сориентирована на поверхности луны, но еще и размещаться строго в определённом регионе луны, а именно на пересечении лунного экватора со 180 меридианом (в данном случае не важно восточной долготы или западной), назовем это место полюсом невидимости, так он расположен в центре невидимого полушария. Смещение от этой точки возможно, но только в определенной не большой области, плюс по-прежнему остается не решенной задача, что контейнеры будут очень маленькие.
Если наша катапульта не находится в этой области, то она не сможет бросить снаряд в сторону земли напрямую. Рассмотрим как раз такой вариант, особенно учитывая что не смотря на некую нелогичность на первый взгляд такой вариант даже лучше с практической точки зрения.
Если катапульта не находится на полюсе, то ее необходимо сориентировать в направлении полюса невидимости, тогда запушенные ей контейнеры будут пролетать над полюсом невидимости, что очень важно.
Очень важен вопрос на какую высоту в апоцентре мы хотим забросить контейнер, потому что по выходу из ствола катапульты, контейнер будет двигаться горизонтально с небольшим ускорением вверх и как следствие потребуется довольно некая зона отчуждения прежде чем контейнер поднимется на минимальную высоту. Если задастся высотой в апоцентре в 100км, то ускорение вверх составит 0,4м/с^2, то есть понадобится 12,5км, чтобы контейнер поднялся на высоту 100 метров над поверхностью.
Совершенно очевидно, что если контейнер будут пассивными, не способный к маневрированию на орбите то они не имеют смысла, так как сделав полный оборот он просто разбомбит свою же собственную катапульту, по этому по факту контейнер должен представлять собой дрон, оснащенный двигателем и способный к маневрам на орбите. Одновременно понятно что чем больше маневров на орбите совершает дрон тем меньше в нем практического смысла, потому что для маневров он расходует топливо и таким образом обнуляет смысл его запуска посредством катапульты. В данном случае нужен некий разумный компромисс.
Во первых очевидно что дрон должен сделать минимум одно включение двигателя в апоцентре, чтобы перейти на круговую орбиту, которое для данной орбиты составит 23,0м/с.
Если ограничится только одним включением двигателя, то мы получим ситуацию, когда катапульта непрерывно закидывает на орбиту дроны с грузом, которые переходя на круговую орбиту и кружатся по ней на стандартном расстоянии друг от друга.
Очень красиво и совершенно бесполезно, у нас есть материальный ресурс, доставленный в открытый космос, но рассредоточенный настолько что попытка его собрать в одно место потребует столько топлива что это станет бессмысленно.
Нужно придумать способ собрать все контейнеры вместе, при этом так чтобы затраченное топливо было минимальным и при этом потрачено с двойной пользой.
Если подобрать параметры катапульты нужным образом то можно добиться, что на указанной круговой орбите будет находится определенное, требуемое число контейнеров, мне нравится число 128 штук и это не спроста.
Теперь разделим все 128 контейнеров на две группы, в одной будут все нечетные, а в другой четные номера. Теперь при проходе четным контейнером полюса невидимости будем придавать ему, посредством его двигателя импульс в 4,22м/с. Такой импульс будет переводит нечетный спутник на эллиптическую орбиту, период обращения по которой будет дольше на момент времени равный разнице во времени при запуске контейнеров. То есть по окончанию одного оборота контейнера по эллиптической орбите, нечетные контейнеры будут встретятся с четными над полюсом не видимости, если в этот момент нечетные контейнеры также получат импульс в 4,22м/с, то мы получим ситуацию когда все 128 контейнеров объединятся в 64 пары.
Не сложно догадаться что этот фокус можно провернуть еще несколько раз, постепенно объединяя пары, квартеты и т.д.
Итогом этих маневров будет ситуация когда спустя 22,34 часа с начала маневров, все 128 контейнеров соединятся в один единый флот, на эллиптической орбите, израсходовав 347,42м/с дельты.
При этом эта дельта, будет потрачена не только на объединение контейнеров но и на подъем их орбиты в результате чего, грузовая ракета, двигающаяся со стороны земли, сможет забрать груз из контейнеров с минимальным расходом дельты, потому что ей не потребуется не только садится на поверхность луны, но даже переходит на низкую опорную орбиту луны, она сможет забрать груз из контейнеров на высокой орбите.
Перевозит сами контейнеры нет смысла, после их разгрузки их имеет смысл отправить обратно на поверхность луны, посредством их же собственных двигателей, для повторения цикла.
Если представить что сухая масса контейнера 100 килограмм, а стартовая 1000, то входе всех этих маневров контейнер израсходует 168 кг топлива, из которых 33,5 будут метаном и доставит на высокую орбиту 731 килограмм груза.
