Как и зачем люди будут строить базы на Луне
Сейчас по Луне разъезжает единственный аппарат землян. Он китайский. Как преобразится серебристый ландшафт, если начнется массовая экспансия, и будет ли заметна на спутнике Земли Россия?
Неземные всходы
Китайский аппарат Chang’e 4 впервые в истории совершил посадку на обратной стороне Луны 3 января 2019 года. Все предыдущие миссии, включая высадку астронавтов США, происходили на видимой с Земли стороне спутника. Задачи миссии — биологические эксперименты и изучение поверхности «соседки».
Выращивание растений на Луне открывает возможности для колонизации спутника Земли и других планет: это позволит решить вопросы с обеспечением станции кислородом и снять продовольственные ограничения.
Почему Луна?
Самый привлекательный объект для долговременных поселений вне Земли — ее естественный спутник. В частности, Луна уникальна с точки зрения космической экспансии.
Это понимают все современные игроки космической отрасли, от вышеупомянутого Китая до Индии с ее проектом Chandrayaan-2 (запуск запланирован на апрель этого года) и до Израиля, чей космический стартап SpaceIL уже в феврале рассчитывает посадить на Луне свой аппарат, который выведет в космос ракета компании Space X.
Но Луна привлекательна не просто как полигон для отработки технологий — доступные ресурсы делают ее плацдармом для покорения космоса. В первую очередь речь идет о воде, а в несколько более дальней перспективе о гелии-3 (один из изотопов гелия).
Гелий-3 — потенциальный крайне эффективный источник энергии будущего, когда человечество освоит управляемый термоядерный синтез. Тогда, согласно расчетам, это вещество добывать на лунной поверхности будет дешевле, чем на Земле (где его крайне мало), поэтому освоение этого ресурса может перевернуть не только космическую сферу, но и жизнь на нашей планете.
«Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива», — объясняет применение воды на спутнике Земли Майкл Постон из Юго-западного научно-исследовательского института (США). Вода на Луне сохраняется в виде льда, в основном в полярных шапках.
Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива
Реголит — сыпучий поверхностный слой лунного грунта — также содержит в себе кислород, кремний, железо, алюминий, магний, которые могут быть выделены при помощи нагревания — для этого могут быть использованы концентраторы солнечного света в виде огромных зеркал или линз. Эта технология доказала свою эффективность в тестах на Земле, отмечает Nature.
Кроме того, запуски космических аппаратов с Луны энергоэффективнее и, следовательно, дешевле — гравитация спутника составляет лишь 17% от земной, кроме того, не придется преодолевать сопротивления воздуха из-за отсутствия атмосферы.
Новый дом
Сооружение даже относительно простой жилой конструкции на Луне, представляющей собой форпост человечества на спутнике, потребует максимума ресурсов и беспрецедентных мер. Проект строительства лунной базы сводится к ряду ключевых характеристик: место, безопасность, продовольствие.
В любом случае о полной самодостаточности колоний в ближайшие годы говорить не придется. Даже если лунная база сможет обеспечивать себя всем необходимым, зависимость колонии от метрополии (Земли) сохранится в вопросах притока новых колонистов и технологий.
Останется ли Россия космической державой
Россия в космической отрасли сталкивается с вызовами как от США, так и со стороны растущих игроков в этой области — Китая, Индии, Японии или Израиля.
Тем не менее идти «на Луну» в одиночку — задача крайне сложная и не под силу даже ведущим мировым державам. NASA намерено сотрудничать с «Роскосмосом» в построении окололунной станции. Этот проект вполне может заполнить вакуум космического сотрудничества, который может возникнуть в случае выхода США из проекта МКС. Предполагают, что уже в 20-х годах XXI века доставку космонавтов на Международную космическую станцию американцы смогут осуществлять самостоятельно — как минимум для этого есть проекты Crew Dragon Илона Маска и Starliner компании Boeing.
Но в рукаве у «Роскосмоса» есть еще несколько козырей, направленных как на изучение и освоение Луны, так и на более удаленные объекты Солнечной системы.
Как сообщает ТАСС, Россия также ведет разработку концепции лунного корабля «Союз», о котором, как сообщал глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, попросило NASA в целях создания второй резервной космической транспортной системы для лунных миссий.
По данным РИА Новости, «Роскосмос» в начале февраля определил предпочтительный облик сверхтяжелой ракеты-носителя «Енисей» для полетов к спутнику Земли. Этот вариант предусматривает шесть боковых блоков с двигателями РД-171МВ, а также центральный блок с двигателем РД-180.
«Обнаружение воды в замерзшем состоянии под лунным реголитом в приполюсных районах выводит изучение Луны на новый уровень», — прокомментировали Forbes перспективы освоения Луны в пресс-службе «Роскосмоса».
Российская программа освоения спутника Земли включает ряд автономных миссий:
Как видно из этого перечня, Россия (даже в полностью «своих», не международных проектах) нацелена не просто на фундаментальное изучение Луны, но и на разведку ресурсов этого небесного тела.
Политические моменты
В госкорпорации напомнили о совместном проекте с Европейским космическим агентством — «ЭкзоМарс-2016». В 2020 году планируется запуск второй части проекта «ЭкзоМарс-2020»: он включает доставку на Марс российской посадочной платформы с европейским марсоходом на борту. В «Роскосмосе» считают, что сотрудничество с ЕС, а также партнерство с США по лунным программам позволит госкорпорации «не упустить момент» и включиться в сооружение лунной базы.
Кому принадлежат лунные ресурсы с точки зрения международного права? Согласно международному Договору о космосе 1967 года, ни одно государство не может утверждать суверенитет над небесными телами. Следовательно, статус принадлежности добытых на таких телах ресурсов пока неясен.
Некоторые страны, в частности США и Люксембург, на законодательном уровне поддержали планы частных компаний по разработке ресурсов небесных тел. Россия и некоторые другие государства указывают на опасность такого подхода: они опасаются гонки за космические ресурсы с последующей милитаризацией космоса — процесса, который может свести на нет все устремления по созданию лунной, окололунной или даже марсианской обитаемой базы.
Проекты лунных баз: вчера и сегодня
Первая ласточка
Уже проект 1986 года соединил в себе две до сих пор актуальные идеи — активное строительство на базе местных ресурсов и разворачивание модулей из транспортного положения. Если, в проектах 50-х и 60-х годов, базу, в лучшем случае, засыпали реголитом, или выкапывали туннель в стенке кратера, то тут, в качестве защиты от метеоритов, космических лучей и экстремальных температур, предложили производить на месте из реголита лунный бетон. В лабораторных условиях из сорока грамм настоящего лунного грунта сделали однодюймовый (2,54 см) кубик бетона, который оказался в два раза прочнее обычного земного бетона. Для производства бетона нужна вода, ее крайне нерационально везти с Земли, и довольно сложно производить на месте. Поэтому в последующие годы ученые проводили эксперименты над лунным бетоном с использованием серы. Серу на Луне добыть проще, а получившийся материал имел вполне неплохие характеристики.
Идея разворачивания модулей из транспортного положения была впервые предложена в проекте советской базы «Звезда», но там модули были жесткие. Здесь же предлагалось использовать надувные модули, которые под бетонным куполом могли развернуться из небольших контейнеров в полноценные рабочие и жилые помещения без риска быть пробитыми метеоритом. Вот любопытный ролик об этом проекте:
Лунные девяностые
В 1989 году, в двадцатилетний юбилей высадки человека на Луну, американский президент Джордж Буш старший анонсировал программу, которая впоследствии получила название «Инициатива исследования космоса» (Space Exploration Initiative, SEI). В ней предполагалось строительство орбитальной станции «Freedom», возвращение человека на Луну на постоянной основе и полет к Марсу. С таким стимулом в США появилось несколько хорошо проработанных проектов лунных баз.
First Lunar Outpost (FLO), 1992
В 1992 году этот проект казался парадоксальным — в эпоху многоразовых Спейс Шаттлов все элементы FLO были одноразовыми. Сверхтяжелая ракета, построенная на базе технологий «Сатурна-V», выводила к Луне два модуля — пилотируемый и беспилотный:
Выведение пилотируемого модуля
Беспилотный модуль имел высоту целых 14 метров и после посадки весил 35 тонн. На его борту были расходные материалы для экспедиции длительностью 45 суток. Жилым блоком служил модуль станции Freedom, а энергопитание обеспечивалось солнечными батареями.
Беспилотный модуль на Луне
Пилотируемый модуль имел начальную массу 95 тонн, из которых две трети составляло топливо, и экипаж из 4 человек. В отличие от миссий «Аполлон» пилотируемый модуль садился на Луну целиком. Это было не очень экономно с точки зрения топлива, но в этом случае можно было выбирать для посадки любой участок Луны — «Аполлоны» со схемой встречи на лунной орбите могли садиться только в районе экватора.
Пилотируемый модуль
45-дневная экспедиция включала в себя три восьмичасовых выхода на поверхность в неделю на каждого астронавта и девять поездок на ровере на расстояние до 25 км. Вес научного оборудования достигал трех тонн, в них входили наборы для экспериментов по физике, геологии, астрономии и биологии. Также астронавты должны были проводить эксперименты по извлечению полезных ресурсов и производству строительных материалов из лунного реголита.
Проект погубила высокая стоимость и отсутствие коммерческого использования технологий параллельно освоению Луны — сверхтяжелая ракета была избыточна для запусков коммерческих спутников. Да и амбициозность программы SEI резко уменьшалась — несмотря на победу в холодной войне у США хватало экономических проблем.
LUNOX, 1993
Высокая стоимость FLO породила проект, который всячески старался экономить деньги. У США нет сверхтяжелой ракеты? Но холодная война закончилась, и можно договориться с Россией, у которой есть «Энергия». А астронавтов можно запускать на модификации Спейс Шаттла, на котором вместо многоразового корабля можно поставить одноразовую ступень. Возить топливо на Луну очень дорого? Хорошо, привезем только водород, а кислород добудем на месте.
Предполагалось, что на «Энергии» будут запущены беспилотные компоненты:
А астронавты полетят на одноразовой модификации шаттла:
Но на случай аварий или задержек компоненты системы проектировались универсальными и могли стартовать на любой из двух ракет-носителей.
Сначала на Луну прилетали реактор и кислородный завод. Вторым рейсом отправлялся набор из шести автоматов — два «харвестера» собирали грунт, два «танкера» перевозили кислород, а два «грузчика» должны были использоваться для работы с тяжелыми грузами. А следующими рейсами прибывали два ровера, центральный узел станции, мобильные источники энергии, научное оборудование, расходные материалы и запчасти.
Работает кислородный завод, на первом плане слева «харвестер», справа «танкер»
После шести беспилотных пусков «Энергии»/«Шаттла-С» на Луну должны были отправиться сначала 2 человека на две недели — собирать базу. Полностью собранная база затем могла принимать экспедиции из 4 человек длительностью до 45 дней. Припасы для каждой экспедиции требовали отдельного беспилотного пуска.
Собранная база
Два ровера с мобильными источниками энергии могли уходить в экспедиции на сотни километров. А после 45 дней пилотируемый модуль дозаправлялся десятью тоннами добытого из грунта кислорода и отправлялся к Земле:
Но в 1993 году NASA уже переориентировалось на строительство МКС и планы по полетам на Марс.
Early Lunar Access (ELA), 1993
Желание еще больше снизить стоимость лунных миссий привело к проекту ELA, где максимально использовались существующие наработки. Сначала ракета «Ариан-5» или «Титан-IV» выводила на орбиту разгонный блок «Центавр». Затем пилотируемый модуль на базе «Аполлона» выводился на орбиту Спейс Шаттлом, стыковался с разгонным блоком и отправлялся к Луне.
Стыковка с разгонным блоком на земной орбите
Старт ядерного шаттла с земной орбиты
«Маус» по-русски
«Лихие девяностые» не могли полностью заглушить мечты о космосе. А удобство мобильности базы «Звезда» отечественным разработчикам терять не хотелось. В результате в 93-95 годах конструктор И.А. Козлов и астроном В.В. Шевченко, работавшие в Государственном астрономическом институте им. Штернберга, разработали проект полностью мобильной базы. На трех опорах с гусеничным приводом располагались три цилиндра диаметром 5 м и высотой 7 м. Конструкция должна была собираться на орбите и садиться на Луну целиком. Затем, для защиты от космических лучей пространство между цилиндрами заполнялось лунным грунтом. Оставалось дождаться лунного корабля с экипажем, и «лунный супертанк» мог отправляться в путь.
Дежавю
В 2004 году президентом Джорджем Бушем (теперь уже младшим) была анонсирована программа возвращения на Луну. В рамках программы «Созвездие» было рассмотрено множество вариантов лунных миссий, которые опирались на интересные технологические решения. Например, модули базы могли грузиться на специальные шестиногие колесные шасси и перевозиться на них:
А на переднем плане показаны два ровера LER (Lunar Electric Rover), прототип которого был построен в натуральную величину, был испытан на Земле и даже сейчас развлекает эффектными кадрами.
Но в 2010 году президент Обама закрыл программу «Созвездие», и сейчас NASA, как и 20 лет назад, нацеливается на Марс.
Частная инициатива
Интересный проект появился в последние годы в России. Проект «Луна семь» компании Лин Индастриал предполагает использование существующих отечественных наработок. В качестве пилотируемого корабля предполагается использовать освоенный «Союз» (в последнее время появилась идея использовать ТКС, который в 80-х годах летал в грузовом варианте), разгонный блок делать на базе «Фрегата», а запускать это «Ангарой». В качестве цели названа гора Малаперт в районе южного полюса Луны. Там можно будет обойтись без атомного реактора, одними солнечными батареями, а на дне кратеров должна быть вода. Интересным решением является защита от излучения и метеоритов — модули не засыпают грунтом непосредственно, а ставят над ними крышу, которую уже покрывают грунтом. Такая схема позволит перестраивать базу без проблем с откапыванием модулей. Более подробная информация — в презентации.
На переднем плане слева пилотируемый аппарат, справа — танкер с топливом на обратную дорогу. На заднем плане видны модули базы и солнечная электростанция
Кадр из презентации со схемой базы
Новые технологии
Новый директор Европейского космического агентства Йохан-Дитрих Вернер известен как сторонник идеи лунной базы. Любопытно и символично, что существующий проект ЕКА в чем-то повторяет проект 1986 года. Снова предлагается использовать надувной модуль, но на смену лунному бетону пришел 3D принтер — ровер будет печатать пористую основу и заполнять ее собранным лунным грунтом. На постройку внешнего покрытия, как предполагается, потребуется порядка трех месяцев. Видео иллюстрирует идею и понятно без перевода:
Возвращение на Луну — дело небыстрое, технологии не стоят на месте, думаю, мы увидим еще немало интересных идей для лунных баз.
Похожие публикации по тегу «освоение Луны».