Андрей Гейм подсказал: китайцы построили «искусственную Луну»

Гигантские магниты «Искусственной Луны» в 60-сантиметровой камере, находящейся в вакууме, воспроизводят низкую гравитацию. Внутри этой камеры — ландшафт с имитацией лунных камней и пыли. Это устройство не позволит находиться там астронавту в скафандре в полный рост и пока будет использоваться для проверки оборудования для бурения в лунных условиях, пишет издание South China Morning Post.

Симулятор «Искусственной Луны» установлен в городе Сюйчжоу в китайской провинции Цзянсу, он разрабатывался таким образом, чтобы, по словам его создателей, «заставить исчезнуть гравитацию». В настоящее время для имитации низкой или отсутствующей гравитации на Земле требуется полет на самолете, который обычно всего на полминуты входит в специальный режим движения, который специалисты называют «кривой Кеплера», а летчики — просто «горкой». Кратковременного отсутствия гравитации можно также добиться при падении внутри высокой башни с выкачанным воздухом, ну а российские космонавты готовятся к полетам и операциям по выходу в открытый космос, тренируясь в условиях гидроневесомости в специальных бассейнах — однако это нельзя назвать полноценной имитацией отсутствия силы тяжести.

Преимуществом нового лунного симулятора следует считать то, что он может имитировать низкую силу тяжести или невесомость «сколь угодно долго», объясняют его разработчики. Внутри 60-сантиметрового бокса они создали искусственный лунный ландшафт, состоящий из камней и пыли, примерно таких же, какие были обнаружены на поверхности Луны. И все это помещено внутрь вакуумной камеры, где выкачан воздух. Мощные магниты используются для создания магнитного поля внутри камеры, которое «поднимает» все внутри. Магнитное поле можно регулировать по мере необходимости, добиваясь увеличения или уменьшения силы тяжести для имитации «эффектов левитации». Сила тяжести на Луне примерно в шесть раз меньше земной. Возможность тестировать устройства и процессы в условиях низкой гравитации может сократить количество непредсказуемых инцидентов, возникающих во время реальных лунных миссий.

«Некоторым экспериментам, вроде ударных испытаний, необходимы всего несколько секунд пониженной силы тяжести, — поясняет ведущий научный сотрудник Китайского горно-технологического университета Ли Жуйлинь, — однако иные эксперименты могут потребовать и нескольких дней».

Смоделированная среда с низкой гравитацией была вдохновлена экспериментами, за которые Андрею Гейму — будущему лауреату Нобелевской премии, присужденной ему за работы по графену, — и его коллеге Майклу Берри была вручена Шнобелевская премия по физике 2000 года, которая «сначала заставляет людей смеяться, а затем задуматься». В ходе этих экспериментов магниты использовались для левитации лягушек. Шнобелевская премия была присуждена «за использование магнитов для того, чтобы заставить лягушку левитировать». Результаты этих экспериментов Гейм и Берри изложили в статье «О летающих лягушках и левитронах», опубликованной в 1997 году в журнале European Journal of Physics.

Андрей Гейм, работающий в Манчестерском университете, заявил в интервью South China Morning Post, что ему приятно видеть, что его просветительские эксперименты могут найти применение в исследованиях космоса, пояснив при этом, что «магнитная левитация — это не то же самое, что антигравитация». Однако, по его словам, бывают ситуации, когда имитация микрогравитации с помощью магнитных полей может принести большую пользу.

Китай поставил себе целью отправить астронавтов на Луну к 2030 году и создать там в течение последующего десятилетия базу в рамках совместного проекта с Роскосмосом. Ожидается, что «Искусственная Луна» сыграет важную роль в подготовке будущих лунных экспедиций, позволяя ученым детально планировать ответственные операции и полноценно готовиться к строительству станции в условиях низкой гравитации. Возможность протестировать оборудование до того, как оно отправится на Луну, позволит предотвратить неизбежные в иной ситуации просчеты, которые могут сорвать реальный проект уже на лунной поверхности.

Руководители китайской космической программы недавно заявили, что строительство исследовательской станции может начаться уже в 2027 году — на несколько лет раньше запланированного срока — из-за опасений отстать в противном случае в этой новой «лунной гонке» от США. NASA также планирует «вернуть» астронавтов на Луну до 2024 года в рамках своей новой программы Artemis.

Одна из причин потенциальных проблем в ходе будущего лунного строительства заключается в том, что пыль и камни могут вести себя иначе в условиях низкой гравитации. К тому же на Луне нет атмосферы, и температуры могут резко и быстро меняться. На прототипе симулятора китайские инженеры уже проверяли ход некоторых технологических процессов, например при сверлении различных материалов, и обнаружили, что на Луне сопротивляемость многих материалов может быть намного выше, чем предсказывали компьютерные модели.

Ли Жуйлинь утверждает также, что новую установку будут использовать для изучения возможностей 3D-печати на поверхности Луны — еще до развертывания там дорогостоящего и тяжелого оборудования. По словам китайского ученого, такие технологии необходимы для создания некоторых элементов будущих постоянных поселений людей на Луне.

«Некоторые эксперименты, проведенные в смоделированной среде, могут нам дать важные подсказки по проведению поисковых операций на Луне, например по поиску воды под лунной поверхностью», — добавил Ли Жуйлинь.

В процессе создания симуляционной камеры китайским инженерам пришлось внедрить целый ряд технологических инноваций, в частности для того, чтобы совладать с мощнейшими магнитными полями, способными разорвать на части сверхпроводящие провода и металлические компоненты, необходимые для нормальной работы вакуумной камеры. Им также пришлось научиться достоверно имитировать лунную пыль и заменить сталь на алюминий в некоторых ключевых компонентах. Ожидается, что симулятор будет официально запущен в ближайшие месяцы. В будущем китайские специалисты планируют открыть этот объект для экспериментов исследователей всех стран мира, а не только китайских ученых.