Глава 1. Существующие проекты использования точек Лагранжа (анализ литературы)
Уже сегодня существует несколько проектов, которые планируют использование точек Лагранжа системы Земля – Луна [3].
Точка L1 может стать идеальным местом для строительства космической пилотируемой орбитальной станции, которая, располагаясь на «полпути» между Землёй и Луной, позволила бы легко добраться до Луны с минимальными затратами топлива и стать ключевым узлом грузового потока между Землёй и нашим спутником.
Точка L2 в системе Земля – Луна может быть использована для обеспечения спутниковой связи с объектами на обратной стороне Луны, а также быть удобным местом для размещения заправочной станции для обеспечения грузопотока между Землёй и Луной.
Следовательно, «свободны» только точки L3, L4, и L5.
Глава 2. Безопасность и стабильность
Рис. 2. Космический мусор на орбите Земли
Уже сегодня орбита Земли серьезно загрязнена космическим мусором (Рис. 2). Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли [4].
Первой задачей, которую следует решить, является предотвращение распространения отходов за отведенные для хранения территории. Именно поэтому точки Лагранжа были выбраны как возможное место размещения хранилища. Точки Лагранжа обычно разделяют на две группы: L1, L2 и L3 называют коллинеарными точками (так как они лежат на одной прямой), и точки L4 и L5, которые называют треугольными (так как они лежат в вершинах равносторонних треугольников, расположенных на орбите, и основанием которого является прямая, проведенная через центры больших тел)
Тела, помещённые в коллинеарных точках Лагранжа, находятся в неустойчивом равновесии. Например, если объект в точке L1 слегка смещается вдоль прямой, соединяющей два массивных тела, сила, притягивающая его к тому телу, к которому оно приближается, увеличивается, а сила притяжения со стороны другого тела, наоборот, уменьшается. В результате объект будет всё больше удаляться от положения равновесия. Это делает коллинеарные точки нежелательными для размещения хранилища.
В отличие от коллинеарных точек Лагранжа, в треугольных точках обеспечивается стабильное равновесие, если отношение массы больших тел M1/M2 больше 24,96. Система Земля – Луна удовлетворяет этому условию. При смещении объекта, помещенного в эти точки, возникают силы Кориолиса, которые искривляют траекторию так, что объект начинает двигаться по устойчивой орбите вокруг точки либрации. К сожалению, в системе Земля – Луна проблема устойчивости сильно осложняется влиянием гравитационного притяжения Солнца. Однако в 2008 году было доказано, что точки L4 и L5 системы Земля – Луна останутся стабильными в течение более миллиарда лет (с учетом гравитационного влияния Солнца). Это делает треугольные точки Лагранжа хорошей позицией для хранилища [1].
Далее следует решить, какую массу можно считать незначительной для системы Земля – Луна (сколько именно отходов мы можем поместить на хранение в точках Лагранжа). Масса Луны составляет примерно 7∙1022 кг. Даже если считать, что пренебрежительно малая масса должна быть в миллиард раз меньше, она все равно будет составлять более 70 миллиардов тонн.