Постройка лунной базы: часть 1 – проблемы и опасности
Солнечная система > Система Земля-Луна > Спутник Луна > Постройка лунной базы: часть 1 – проблемы и опасности
Почему мы так зациклены на Луне? Дело в том, что это идеальная промежуточная площадка для запуска к более отдаленным объектам. Там есть все необходимые материалы. Тем более, что это неплохое туристическое местечко. Компании по добычи природных ресурсов также заинтересуются в лунной породе. Но прежде всего нам нужно создать прочную лунную базу, которая сможет обеспечить колонистов всем необходимым. И здесь возникают проблемы. Где жить? Как выживать? Как приспособиться к чужому миру? Способна ли Луна стать вторым домом для землян?
Мы знаем, что большая часть космических агентств настроена на полеты к Марсу. Но Луна расположена ближе и представляет меньше трудностей для освоения. Тем более, что человек там уже был, а значит мы смогли проверить воздействие гравитации и космических лучей на живой организм.
Не будем забывать, что доставлять материалы для колонистов будет намного проще, тем более, что за ними можно наблюдать в реальном времени. Согласитесь, что полет на Луну обойдется значительно дешевле, чем на Марс или еще дальше.
В 2004 году Джордж Буш начал говорить о необходимости восстановления лунных миссий. Это должен быть промежуточный этап между нами и Марсом. Он бы способствовал некой тренировке и тесту на выживаемость и адаптацию.
Нам важно понимать, сумеет ли организм привыкнуть к чужой среде и научиться справляться с возникающими проблемами. Как же построить базу на Луне? Стоит начать с подбора материалов. Все же резкие температурные колебания, вакуум и космические лучи разрушают детали.
Лунная гравитация достигает 1/6 земной. Мы понимаем, что на доставку конструкций и людей уйдет огромное количество денег, поэтому по возможности нужно использовать породу Луны. Реголит сможет защитить колонистов от лучей. Но его толщина должна составлять не меньше 2.5 м. На спутнике холодно, поэтому нам нужен надежный искусственный источник тепла. Не будем забывать о метеоритной опасности, поэтому потребуется система слежки и защиты.
Сама постройка базы также будет сложной. Вы когда-нибудь делали что-то при низкой гравитации? Без воздуха трение усиливается, а значит буровые машины будут выходить из строя. Также понадобятся новые виды сноса и взрыва, чтобы проводить безопасные горные работы. Опасность несет и лунная пыль, которая не только разрушает механизмы, но и человеческое здоровье.
Источник
Проблемы освоения Луны
Развитие космической техники неизбежно приведет человечество к тому, что через несколько десятилетий понятие «ближний космос» будет включать и Луну. Вначале пилотируемые космические корабли и орбитальные станции перейдут на более высокие геостационарные орбиты и в окололунное пространство. А следующим шагом будет начало освоения Луны — создание на ее поверхности постоянно действующей обитаемой базы.
Геостационарная орбита — круговая экваториальная орбита, удаленная от поверхности Земли примерно на 35 800 км. Период обращения по такой орбите равен звездным суткам (23 часа 56 минут 4 секунды среднего солнечного времени). При этом условии угловая скорость ИСЗ относительно центра Земли равна угловой скорости вращения Земли — ИСЗ постоянно будет находиться над определенной точкой земного экватора.
Однако позволительно спросить: зачем людям нужна Луна? Какая от нее может быть польза?
В последние годы в хозяйственной деятельности человечества наметилась новая цель — изучение и использование внеземных природных ресурсов. Мы столкнулись с проблемой нехватки источников энергии, полезных ископаемых, запасов чистой пресной воды. Надо искать замену тому, что исчезает на нашей планете. И люди невольно обращают свой взгляд на Луну — ближайший объект в космическом пространстве. Близость Луны к Земле и ее доступность для новой космической техники позволяют вовлечь Луну в круг земных проблем.
Когда мы говорим о целесообразности использования ресурсов Луны, то это не только поиски и разработка ее полезных ископаемых. В соседнем мире мы не найдем богатых рудных месторождений, пластов каменного угля и, видимо, запасов нефти. Зато наш естественный спутник обладает многими другими важными потенциальными ресурсами, и по мере развития космонавтики люди непременно будут их использовать.
Высокий уровень индустриализации современного общества с каждым годом приближает нас к глобальной экологической катастрофе. Но как может помочь нам Луна, если на ней нет ни атмосферы, ни даже маленького озерца?
Конечно, никто не собирается возить с Луны воздух и воду. Но ведь можно вывезти с Земли на Луну нашу индустрию, особенно наши вредные радиоактивные и химические производства. Понятно, что для осуществления такой грандиозной промышленной перестройки земной цивилизации предстоит проделать трудный и сложный путь, и начало этому пути должно быть положено уже в первой половине XXI века.
Прежде чем устраивать на Луне поселения, необходимо подумать: как обеспечить ее жителей кислородом и водой? Как наладить добычу жизненно необходимых веществ на месте? Ведь не возить же все с Земли!
По имеющимся прогнозам, основные породообразующие минералы на Луне — пироксен, плагиоклаз, ильменит — содержат в среднем 40% кислорода. Вот они и должны послужить исходным материалом для получения кислорода. Технология получения кислорода из лунного грунта уже отработана в наземных лабораториях. В США разработан проект автоматизированного завода для промышленного производства кислорода на Луне. Производительность такого завода — до 1000 т кислорода в год.
Среди первоочередных задач, помимо создания на Луне запасов жидкого кислорода, стоит задача получения и накопления воды. Известно, что лунные породы обезвожены. Но не исключено, что в коре Луны содержится много воды в виде подповерхностных ледников. И вполне возможно, что открытые в последние годы так называемые лунные купола являются не чем иным, как гидролак-колитами — вершинами подлунных наледей. А пока этот вопрос будет выясняться, придется наладить производство воды на Луне химическим путем.
Потоки солнечного ветра (солнечных корпускул) и галактические космические лучи представляют собой почти чистый водород с примесью гелия. Расчет показывает, что за 1 млрд лет на каждый квадратный сантиметр лунной поверхности в виде корпускулярного излучения должно было упасть около 10 г водорода. Лунный реголит впитывает водород подобно тому, как губка впитывает воду. За всю историю существования Луны в ее поверхностном слое накопилось такое количество водорода, которое эквивалентно содержанию воды порядка 1 л в кубическом метре реголита.
Основной технологический процесс получения водорода из лунных пород — это их нагревание до высоких температур. Затем водород подается в установку, которая загружена кислородсодержащей породой, например ильменитом. Здесь он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего образуется водяной пар. Для получения воды пар охлаждают. Судя по земным экспериментам, выход воды при обработке 45 кг ильменита составляет 450 г.
Приведем еще один пример: в 20 кг лунной породы (реголита) содержится такое количество кислорода, которое вполне достаточно для дыхания одного человека в течение суток.
Из лунного грунта можно добывать и другие нужные химические вещества. Словом, запасы минерального сырья на Луне так велики, что со временем отпадет всякая необходимость в их доставке с Земли. Это позволяет надеяться, что Луна может быть успешно освоена и заселена людьми.
Проблема заселения Луны людьми — это прежде всего проблема строительства таких лунных жилищ, внутри которых были бы созданы земные условия. Они должны надежно изолировать людей от безвоздушного космического пространства, препятствовать резким колебаниям температуры, защищать от метеоритов и опасных излучений. Для этого жилые отсеки лучше всего помещать в специальные углубления, а сверху их засыпать толстым слоем лунного грунта.
Упрятанное от враждебной человеку космической среды, лунное жилище будет связано воздухопроводами с оранжереей, расположенной на поверхности Луны. Оранжерея тоже должна быть герметично изолирована от окружающего ее безвоздушного пространства. Она обильно облучается солнечными лучами, и произрастающие в ней растения очищают искусственную атмосферу от углекислоты и насыщают ее кислородом. Со временем на Луне будет налажено производство своих продуктов питания.
Надо подумать об источниках энергии для лунной базы. Главным направлением развития лунной энергетики должно быть использование солнечной энергии путем преобразования ее в электрическую. Прообраз таких установок — солнечные батареи,, которые широко применяются на различных космических аппаратах.
Из-за отсутствия на Луне атмосферы на единицу ее поверхности приходится примерно в 3 раза больше солнечной радиации (лучистой энергии), чем на единицу поверхности Земли. Следовательно, в смысле облучения солнечными лучами поверхность Луны эквивалентна поверхности всех земных материков. И если бы удалось замостить какую-то ее часть полупроводниковыми фотоэлементами и найти способы передачи энергии на Землю, то Луна могла бы стать для нас, пожалуй, самой главной электростанцией. Правда, у такой электростанции есть существенный недостаток: она вырабатывает электрическую энергию только в дневное время.
Но есть и другие источники энергии, действие которых не зависит от времени суток, например ядерные энергоустановки. Решение энергетической проблемы человечество возлагает также на управляемые термоядерные реакции. Одна из таких реакций — слияние ядер дейтерия (тяжелого водорода) и изотопа гелия (гелий-3). Эта реакция совершается при малых затратах и почти полном отсутствии радиоактивных отходов, что исключает опасность радиоактивного заражения окружающей среды.
На Земле изотоп гелия встречается очень редко. Зато на Луне, приносимый солнечным ветром, он в течение 4 млрд лет впитывался в лунный грунт. Результаты лабораторного анализа лунного грунта показывают, что в поверхностном слое реголита накопилось порядка 1 млн т запасов гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на десятки тысяч лет не только для лунных поселений, но и для всего человечества.
Богатства Луны огромны! Надо только научиться их добывать и рационально использовать для развития лунной индустрии и энергетики. Когда Луна станет местом сосредоточения промышленности землян, наша голубая планета Земля превратится в подлинный оазис жизни.
В эпоху своего возникновения Луна находилась в несколько раз ближе к Земле, чем теперь, и гораздо быстрее вращалась вокруг своей оси. Гравитационное притяжение соседней Земли вызывало на расплавленной поверхности лунного шара сильные приливы. Под их воздействием Луна приняла несколько вытянутую форму, а когда она затвердела, форма ее так и осталась вытянутой.
Приливное трение постепенно замедляло скорость вращения Луны. Это происходило до тех пор, пока период вращения Луны вокруг оси не стал равен периоду ее обращения по орбите вокруг Земли. И теперь нам видна только одна сторона Луны.
Поскольку масса Земли в 81 раз больше массы Луны, то приливная сила, оказываемая Землей на Луну, гораздо больше, чем приливная сила, оказываемая Луной на Землю. Как известно, волны лунных приливов, надвигаясь каждый раз на восточные берега земных материков, создают силу приливного трения водных масс о твердое тело нашей планеты. В результате Земля замедляет свое вращение, а продолжительность суток постепенно возрастает. При сохранении скорости увеличения длины суток на 1,5 секунды за 100 тыс. лет уже в текущем геологическом периоде (через 10 млн лет) в земном году будет на одни сутки меньше.
Приливное взаимодействие в системе Земля-Луна приводит еще к тому, что наш спутник отходит от Земли все дальше и дальше. Вычисления показали, что это будет происходить до тех пор, пока продолжительность лунного месяца и земных суток не сравняются и не достигнут примерно 50-55 теперешних суток. Луна будет тогда находиться от Земли раза в полтора дальше, чем теперь, то есть примерно на расстоянии 600 тыс. км.
Приливная эволюция системы Земля-Луна совершается также под влиянием притяжения Солнца, но гораздо медленнее. Так, в результате приливного воздействия центрального светила период вращения нашей Земли должен увеличиваться до тех пор, пока он не станет равным годичному периоду обращения Земли. В таком положении, возможно, окажется планета Меркурий.
Постепенное удлинение земных суток вследствие солнечных приливов нарушит установившееся относительное равновесие в системе Земля-Луна. Луна станет приближаться к Земле. Расчеты показывают, что через многие миллиарды лет это сближение должно завершиться катастрофой.
Можно подумать, что Луна упадет на Землю, но до этого дело, видимо, не дойдет. Просто, когда Луна приблизится к Земле на запретное расстояние — достигнет так называемого предела Роша, ближе которого она не может сохранить устойчивую форму, наш естественный спутник будет разорван на части мощными земными приливными силами. Из множества лунных фрагментов вокруг Земли возникнет кольцо, похожее на кольцо Сатурна. Разрыв Луны произойдет примерно тогда, когда расстояние между центрами двух небесных тел (Земли и Луны) сократится до 18 тыс. км.
Восстановление эволюционного пути Луны проливает свет на ряд спорных моментов в прошлом и позволяет заглянуть в будущее Земли.
Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:
Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе
Источник
Проблемы перехода от исследований Луны к её освоению
English
NEW SPACE AGE
PROBLEMS OF TRANSITION FROM LUNAR RESEARCH TO LUNAR EXPLORATION
Alexander V. BAGROV, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher, Institute of Astronomy RAS, Moscow, Russia, abagrov@inasan.ru Vladislav A. LEONOV, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Researcher, Institute of Astronomy RAS, Moscow, Russia, leonov@inasan.ru
ABSTRACT. All existing lunar programs are aimed at deepening the already received information about the Moon. At the same time, the tasks of the exploration of the Moon and its resources start to prevail. The second lunar race is precisely for the opportunity to build lunar bases in the most promising places. Therefore, it is necessary to revise the priorities in the list of tasks of the upcoming space missions. It is rational to choose the central part of the lunar disk as a location for the Russian lunar base and concentrate all the forces of domestic cosmonautics on providing long-term manned expeditions to the Moon and solving problems of biological research in conditions of low lunar gravity. The creation of a Russian lunar base will be the prologue of Russia’s terrestrial borders into space.
Keywords: space resources, space exploration, lunar race, lunar base, lunar elevator, construction robots
Вторая лунная гонка идёт именно за возможность построить лунные базы в самых перспективных местах. Поэтому необходимо пересмотреть приоритеты в перечне задач готовящихся космических миссий. Местом для размещения российской лунной базы рационально выбрать центральную область лунного диска и все силы отечественной космонавтики сконцентрировать на обеспечении длительных пилотируемых экспедиций на Луну и решении проблем биологических исследований в условиях низкого лунного тяготения. Создание российской лунной базы станет прологом земных границ России в космос.
Введение
На нашей планете есть только два светила, известные с незапамятных времён, и одно из них – Луна. Луна в течение тысячелетий была предметом пристального внимания людей, объектом всевозможных мифологий и одним из первых небесных тел, изучавшихся астрономией. В результате сначала визуальных, а потом и телескопических наблюдений наши научные представления о Луне достигли предела, за который удалось шагнуть только с помощью космической техники.
На поверхности Луны были открыты горы и измерены их высоты. Составлены подробные карты как видимого с Земли полушария, так и обратной стороны Луны, которая видна только из космоса. Экспедиции к Луне позволили установить минеральный состав лунных пород в местах посадки. Однако очень высокая стоимость космических аппаратов и отсутствие необходимости в более детальном изучении Луны привели к тому, что почти 40 лет после триумфальной высадки американских астронавтов на Луну экспедиции к Луне прекратились.
Сейчас положение начинает меняться. Связано это с тем, что постепенное совершенствование космической техники подвело человечество к возможности начала освоения ресурсов космоса. Луна, как ближайшее к Земле космическое тело, представляет больший интерес, чем далёкие и не очень хорошо исследованные астероиды. Тем более Луна имеет заметное тяготение, всего лишь в шесть раз уступающее земному, а это порождает надежды на то, что на Луне можно создать нормальные условия для обитания людей. Луна может стать «седьмым континентом», который можно освоить.
Освоение Луны может привести к решению многих проблем, с которыми на Земле не удаётся справиться, поэтому новая «гонка за Луну» стремительно началась и энергично развивается. Ещё не ясно, какие ценности, добываемые на Луне, окупят огромные затраты на её исследование и освоение. Поэтому освоение Луны отличается от освоения земных территорий, например Сибири, когда люди сначала заселяли новые земли, а потом приступали к изучению их богатств. В космосе нужно сначала изучить ценность доступных там ресурсов, а только потом осваивать богатые ими территории.
Мнимые и реальные ресурсы Луны
Разумеется, прежде необходимо обосновать целесообразность огромных затрат, которые потребуются для освоения лунных ресурсов. Одно время было много разговоров о том, что в лунном реголите миллионы лет накапливаются атомы редкого изотопа гелий-3, испускаемые Солнцем. Термоядерная реакция с этим изотопом в качестве топлива протекает без излучения нейтронов и без образования радиоактивных отходов.
А количество накопившегося в лунной поверхности гелия-3 могло бы обеспечить все потребности земной технологии в энергии на несколько столетий. Оказалось, что всё не так просто. Во-первых, ещё не придуманы ядерные реакторы, которые будут работать на гелии-3, а во-вторых, добыча этого сырья означала бы зачистку тонкого (пара сантиметров) поверхностного слоя Луны на огромных площадях. То есть, чтобы добыть пресловутый гелий-3, понадобилось бы затратить больше энергии, чем из него можно выделить.
Теперь говорят о запасах воды, которая якобы сохраняется на дне вечно затенённых лунных кратеров. Пока что это – только предположение, и его ещё нужно подтвердить. Похоже, это ещё одна легенда, которая призвана оправдать дорогие экспедиции к Луне, так как вода – основа жизни и главный ресурс, необходимый для существования постоянных поселений на Луне.
А ещё на Луне надеются найти те редкоземельные элементы, в которых остро нуждается современная электроника и запасы которых на Земле в ближайшее время иссякнут. На нашей планете их очень много, но они почти не встречаются в виде руд с высокой концентрацией, а в ничтожных количествах присутствуют везде, за что и получили название «редкоземельных».
Надежды найти эти элементы на Луне основаны на анализе состава железоникелевых метеоритов, в которых элементы платиновой группы найдены в заметных количествах. Если бы на Луне в кратерах от падения таких метеоритов осталось их вещество, оно могло бы стать интересным и перспективным источником сырья для нашей промышленности. Но оснований для таких надежд крайне мало. Наука пока не может даже объяснить, как могли образоваться астероиды, состоящие целиком из металлов, и уж тем более выделить те кратеры, в которых дно усыпано фрагментами этих астероидов.
Тем не менее главный ресурс Луны состоит совсем в другом.
Может показаться парадоксальной идея, что безжизненная Луна обладает свойствами, необходимыми для обеспечения самых комфортных условий для жизни людей. Самый главный ресурс Луны – это необыкновенная стабильность её условий. На глубине всего два метра под поверхностью Луны температура стабильна с точностью до одного градуса, и под защитой такого слоя лунного грунта космическая радиация снижается до безопасного уровня. Если под защитой лунного грунта создать помещения с искусственной атмосферой, в них можно будет жить без опасений стихийных бедствий.
Сама Луна сложена из прочнейших базальтов, и из них можно строить дома высотой в тысячи этажей без дополнительных креплений. А размеры Луны таковы, что на ней можно построить самые комфортные дома для миллиардов жителей, при этом ещё и обеспечить их продуктами питания, которые там же можно производить. Луна содержит те же вещества, что и Земля, и на ней хватит ресурсов, чтобы полностью обеспечить ими все потребности местной промышленности.
Благодаря стабильности условий постройки на Луне простоят без необходимости даже косметического ремонта миллионы лет, поэтому стоимость строительства для долговременной эксплуатации окажется в тысячи раз ниже, чем на Земле, где здания нужно заменять каждые полвека.
Все эти достоинства Луны как настоящего ковчега, на котором можно пережить поджидающие нас на Земле катаклизмы, можно будет реализовать только при её освоении [ 1 ]. Сегодня мы к этому ещё не готовы.
Задачи лунных экспедиций
Запланированная на 2021 год миссия «Луна-25» [ 2 ] ставит своей главной целью отработку техники мягкой посадки в условиях горного рельефа в районе южного полюса Луны и решение навигационных задач. Небольшой набор научной аппаратуры предназначен для исследования физических свойств лунного реголита и его минералогического состава.
Научные задачи следующей российской миссии «Луна-26» (2024 год), предназначенной для исследования Луны с полярной орбиты, касаются главным образом детального картографирования поверхности Луны и исследования жёсткого космического излучения.
Тяжёлый аппарат «Луна-27» предполагается посадить в 2025 году на дно кратера вблизи южного полюса Луны для прямого исследования бортовой аппаратурой состава лунных пород на глубине два метра. Специальная криогенная бурильная установка может извлечь с глубины водяной лёд (если он там есть) и изучить его свойства. Остальная научная аппаратура миссии продолжит изучение минерального состава лунных пород в месте посадки.
Дальнейшим продолжением поисков лунного льда станет миссия «Луна-28 Грунт» (2027 год). Это будет попытка повторить доставку на Землю образцов лунного грунта, которую успешно провела «Луна-24» (1976 год), доставившая образцы грунта с глубины 2,5 м. На этот раз на Землю предполагается доставить керны со льдом из пробуренной скважины в первозданном замороженном состоянии.
Подготовка к созданию на Луне пилотируемой базы разбита на три этапа. Первый этап – «Вылазка» – предполагается провести в 2021–2025 годах. Он предусматривает разработку и испытания перспективного пилотируемого корабля «Орёл» (название может ещё поменяться) и выведение на окололунную орбиту орбитальной станции.
Второй этап, именуемый «Форпост» (2025–2035 годы), будет связан с проведением пилотируемых облётов Луны и доставкой на её поверхность первых модулей посещаемой базы.
Выполнение третьего этапа, названного «База», начнётся после 2035 года. На этом этапе будет развёрнута полноценная посещаемая база и начата промышленная добыча и переработка лунного льда как сырья для кислородно-водородных реактивных двигателей.
Лунные программы других космических держав, в общем-то, повторяют планы России и друг друга и различаются только в деталях и в сроках исполнения.
Лунная база – первый этап колонизации Луны
Вся начальная инфраструктура на Луне и вокруг Луны будет строиться с целью создания обитаемой базы с длительным периодом существования. Доставка на Луну элементов базы будет стоить очень дорого. Но сами её модули будут рассчитаны на многолетнее использование, поэтому эти базы будут использоваться десятилетиями, а их состав – постоянно расширяться.
Главной задачей лунных баз будет постепенное освоение тех ресурсов, которые окажутся в доступной близости, поэтому большое значение в них отводится развёртыванию на базах технических средств для добычи и переработки ресурсов. Самые большие надежды возлагаются на добычу водяного льда, так как доставка воды на Луну с Земли обойдётся в 100 тысяч долларов за каждый килограмм.
Добыча криогенного льда из лунных недр может кардинально удешевить снабжение баз водой, но потребует больших энергетических мощностей, поэтому огромный интерес как место размещения лунной базы будут представлять вершины некоторых гор вблизи южного полюса Луны, где почти не заходит солнце. Например, на горе Малаперт продолжительность ночи составляет не более 3-6 суток, так что более 89% времени можно получать энергию от солнечных батарей.
Благоприятных мест для размещения баз, где много солнечного света и есть залежи льда, не так уж много. Поэтому космические державы стремятся занять их раньше конкурентов, а президент США даже объявил о готовности защищать свои занятые на Луне территории всеми средствами, вплоть до применения силы.
Академик Лев Зелёный, директор Института космических исследований РАН, в одном из своих интервью выразил опасение, что «к середине XXI века разгорится конкурентная борьба за овладение районами вблизи лунных полюсов и за возможность создания лунной базы, что будет напоминать борьбу за арктический шельф, который сейчас стал зоной экономических интересов многих стран» [ 3 ].
Можно ли обойтись без лунного льда?
Существование на Луне залежей водяного льда не только не доказано, но и вызывает сомнение. Стоит ли так стремиться на южный полюс Луны, если льда там не окажется?
Удивительно, но основными целями всех лунных миссий к околополюсным районам являются вопросы, ответы на большинство из которых можно искать в любом месте Луны. Что же касается планов на место для развёртывания лунной базы, то они мотивированы исключительно надеждой на обнаружение доступных залежей водяного льда.
Даже если они на Луне есть, они не могут быть обширными, а истощение этих запасов поставит построенные вокруг них базы в положение утративших смысл городов-призраков. Базы перестанут представлять коммерческий интерес, и вложенные в них средства окажутся израсходованы не самым рациональным способом.
Скорее всего, на Луне воды нет, но зато в космосе её очень много. Ядра комет и их небольшие осколки, в большом количестве пролетающие рядом с Землёй и Луной, представляют собой ледяные глыбы, по большей части состоящие из водяного льда с примесью аммиака, метана, углекислоты и прочих замёрзших газов [ 4 ].
Осуществить их перехват в околоземном пространстве можно даже с существующей техникой [ 5 ], а в процессе доставки их к месту использования (скажем, на лунную базу) разделить кометное вещество на чистые компоненты. Не водой единой будут жить лунные базы! Оранжереи с растениями будут нуждаться и в углекислом газе, и в соединениях азота, а всё это есть в кометных ядрах. Так что делать ставку на добычу водяного льда на самой Луне едва ли разумно. На Луне есть ресурсы существенно более важные и намного более перспективные.
Минеральное разнообразие лунных пород намного скромнее, чем на Земле. Скорее всего, там нет богатых рудных месторождений, зато весь лунный базальт состоит наполовину из окислов кремния и наполовину – из окислов металлов, так необходимых для техники – железа, титана, натрия, калия, кальция и пр. Для извлечения этих ценных металлов подойдёт лунный грунт в любом месте Луны, и на поверхности, и в глубине. То же самое можно сказать и об источнике энергии для переработки базальтов: солнце поставляет её в количестве 1.4 кВт/м2 везде, где оно оказывается над горизонтом. Следовательно, с точки зрения реального освоения лунных ресурсов тоже нет «предпочтительных мест» [ 6 ].
Где же выгоднее строить лунную базу? Там, где до неё будет легче добраться.
Если дорог перевоз…
Человечество достигло космоса благодаря ракетам. До сих пор ракеты остаются единственным способом добраться с Земли до Луны. Это очень дорогой способ. Каждая лунная ракета будет стоить много миллионов долларов, и экологическая нагрузка на нашу планету от ракетных запусков будет тоже велика. Освоение Луны потребует тысячи ракетных запусков год. У человечества нет для этого ресурсов, и в будущем они тоже не появятся. Настоящее освоение Луны начнётся только тогда, когда новые технологии позволят организовать грузопоток между Луной и Землёй в миллионы тонн в год на безракетной технологии.
Законы мироздания оставляют не так уж много возможностей для перемещения в космосе. Одну из них предоставляет сама Луна. Благодаря тому, что она находится на почти круговой орбите возле Земли, и тому, что она всё время обращена к Земле одной стороной, из центра лунного диска можно протянуть трос до самой Земли и использовать его как подвеску для лифта [ 7 ].
Как его устроить – уже ясно. Для троса нужен сверхпрочный материал, который уже изобрели, но пока непонятно, как сделать из него трос длиной 360 тысяч километров. Однако это – дело техники, через 10 или 20 лет такой трос можно будет изготавливать в промышленных масштабах, и тогда множество лифтов свяжет Землю с Луной. Если удастся в недалёком будущем создать сверхпроводящий материал, работающий при комнатной температуре, и покрыть его плёнкой трос лунного лифта, скорость движения кабины лифта может быть столь большой, что путь от Земли до Луны займёт всего три с половиной часа. Тогда освоение Луны станет безопасным для земной экологии, а грузопоток между Землёй и Луной будет достаточным для самой масштабной экспансии человечества в космос.
Перспективы строительства лунного лифта сделают самым ценным местом лунной поверхности центр её диска, то есть то место, где лифтовый трос будет крепиться к Луне. Так что, если строить базу на Луне и расширять её в будущем до большого лунного поселения, место для неё нужно выбирать именно там, куда будут доставляться необходимые материалы и оборудование с Земли. То есть не среди гор у южного полюса Луны, а на равнинах Залива Центральный, Моря Облаков.
Всё же на первом этапе без ракет обойтись не удастся, поэтому каждый шаг к Луне будет дорогим. Начавшаяся лунная гонка имеет своей целью подготовиться к тому времени, когда путь к Луне станет не сложнее, чем поездка на электричке на дачу. На Луне должны быть созданы условия для комфортной жизни людей, для устойчивого развития всего человечества. Глядя на безжизненную Луну, совсем нетрудно догадаться, в чём будет заключаться эта подготовка.
Начнём с самого начала
Для начала нужно выяснить, до какой степени способны земные организмы без роковых последствий для себя и своего потомства приспособиться к жизни в условиях низкого лунного тяготения. Скорее всего, земные организмы способны приспособиться к слабому тяготению. В воде, в условиях «гидроневесомости», живёт огромное множество земных организмов, причём некоторые виды существуют сотни миллионов лет. Но в отношении обитателей суши пока это только предположения.
Нужно ещё потратить много сил, чтобы разобраться, насколько безопасно низкое лунное тяготение для сухопутных организмов, и это нужно проверить специальными исследованиями именно в лунных лабораториях (на Земле и на околоземной орбите имитировать в полной мере низкое тяготение невозможно). Эти исследования могут вести космонавты в постоянных обитаемых лунных станциях.
Поэтому вторая задача – создать на Луне безопасные помещения для жизни и работы людей и обеспечить проведение длительных работ на Луне. Эта задача может быть решена уже сегодня [ 8 ], так как техника позволяет создать строительные роботы, которые построят нужные помещения на Луне к прилёту на неё космонавтов [ 9 ].
Третья задача – обеспечить лунные станции недорогими жизненно важными ресурсами – воздухом и водой, системами жизненного обеспечения, средствами переработки отходов. Доставка нужных материалов с Земли будет настолько дорогой, что выгоднее будет добывать их прямо в космосе. Технически проще перехватывать пролетающие мимо Земли обломки комет, состоящие в основном из водяного льда и других замороженных газов, и доставлять их на лунные станции. Таких кометных обломков размером от 3 до 30 метров мимо Земли ежегодно пролетает около 40 тысяч. Металлы можно будет извлекать прямо из лунного базальта нагреванием его в солнечных печах до температуры 3500 ºС, попутно получая кислород.
Четвёртая задача – создать систему навигации, которая позволит доставлять на Луну с Земли или из космоса полезные грузы прямо на лунные станции. Иначе придётся ездить на луноходах к местам случившихся посадок и заниматься дополнительными перевозками. Высокоточные навигационные системы потребуются и для оказания срочной поддержки экипажам луноходов.
Конечно, этими задачами перечень не исчерпывается. Потребуется ещё много чего предусмотреть, чтобы подготовка к освоению Луны шла без сбоев. Тем не менее перечисленные задачи заметно отличаются от тех, которые входят в программы исследований разрабатываемых миссий к Луне. Причина этих различий заключается в целях проводимых исследований.
Если задачей миссий является изучение Луны как космического объекта, то программы Роскосмоса и других космических агентств вполне ей соответствуют. Но если ставится долгосрочная задача создания условий для длительного существования людей в искусственной среде обитания на Луне, то тематика первоочередных исследований на Луне должна быть ей адекватной.
Сотрудничество или конкуренция
Путь к Луне предстоит трудный. Но насколько оправданны заявления, что осваивать космос можно, только объединив силы многих космических держав? За разговорами о сотрудничестве стоят совершенно иные мотивы. В них обнаруживается лукавство тех стран, которые имеют деньги, но не имеют технологий.
Российская космонавтика никогда не стояла на месте, даже если её наработки не завершались триумфами космических достижений. В отношении Луны можно смело сказать, что Россия реально готова, опираясь только на свои силы, в короткие сроки решить все проблемы, стоящие перед создателями лунных баз.
.jpg)
Будем откровенны: отечественная космонавтика имеет готовые технологии и технические заделы, которые выгоднее использовать самим, чем обслуживать чужие интересы в ущерб собственному будущему. В НПО Лавочкина уже разрабатывается навигационная система для Луны, которая будет опробована при первых же миссиях к Луне. Через несколько лет после проведения миссий «Луна-25» и «Луна-26» мы получим систему лунной навигации, которая позволит доставлять на Луну спускаемые аппараты в заданное место с точностью до нескольких метров. Пока ни одна страна мира таких наработок не имеет [ 10 ].
Наши системы жизнеобеспечения – самые надёжные и отработанные годами эксплуатации на пилотируемых орбитальных станциях, и адаптировать их для лунной станции мы могли бы без посторонней помощи. Знаменитый на весь мир своей надёжностью корабль «Союз» изначально разрабатывался как аппарат для полётов к Луне, и ничто не мешает уже сейчас завершить разработку как лунного корабля, так и обитаемых модулей полной заводской готовности для Луны.
Когда у России появится тяжёлая ракета, их можно будет сразу же отправить на Луну. Вполне разумные концепции строительных роботов для Луны у нас уже предложены, и разработка на их основе строительной техники для Луны – дело не очень больших затрат денег и времени. Роботы построят защищённые базальтовые ангары для размещения в них готовых обитаемых модулей. Наконец, создание техники для перехвата в космосе космических тел и доставки их на Луну – тоже решаемая задача, причём средства для неё уже предложены и запатентованы в России.
У нашей космонавтики есть почти готовые проекты обитаемых модулей для лунной базы, отработанные системы жизнеобеспечения, апробированные заделы по созданию транспортных луноходов. Задолго до пилотируемых полётов к Луне мы можем создать всю налунную инфраструктуру для безопасной работы космонавтов на построенной роботами обитаемой станции [ 11, 12 ]. У наших конкурентов явных преимуществ нет. У нас пока не готова тяжёлая ракета и нет готового пилотируемого корабля для полётов на Луну, но их нет ни у США, ни у Китая, ни у Европы. При должном финансировании наша космическая отрасль создаст их раньше конкурентов именно благодаря накопленным заделам.
Все главные задачи, перечисленные выше, можно решать независимо друг от друга в разных структурах Роскосмоса. В этом случае можно разработать и послать на Луну строительные роботы, не дожидаясь, пока будут готовы тяжёлая ракета и космический корабль для космонавтов. Если время создания ракетной техники затянется, роботы просто успеют построить больше помещений на Луне. Роботы могут строить без отдыха месяцами и годами.
Правовой «беспредел» в космосе
К началу освоения ресурсов космоса человечество подошло без чётких правил и законов для космической деятельности. Хотя космическую технику нужно считать вершиной высоких технологий, ни одно изобретение не обладает защитой в космическом пространстве [ 13 ].
Любое, даже самое эффективное изобретение может безнаказанно использоваться в космосе кем угодно. То есть разработчик новых технических решений, затративший на их создание немало сил и средств, формально имеет такое же право на их использование, как тот, кто бесплатно скопировал его для себя. «Совместные» космические проекты в этих условиях можно рассматривать как облегчённые условия для промышленного шпионажа.
Ещё более неопределённым может стать «сотрудничество» в создании лунной базы. Каждая сторона может распространять свою юрисдикцию на «свою» часть базы, что может привести к сложным конфликтным ситуациям [ 14, 15 ]. Примерно такое положение сложилось в разделённом на зоны Берлине после разгрома фашистской Германии: как известно, оно привело к возведению разделительной Берлинской стены. Едва ли подобная ситуация будет приемлемой для космического поселения.
Американцы готовы крайне жёстко защищать свои интересы в космосе. Президент США Д. Трамп объявил во всеуслышание, что будет защищать любые форпосты Америки в космосе всеми доступными средствами, вплоть до применения силы. Так что до тех пор, пока не будет создано эффективное международное законодательство, регулирующее космическую деятельность по освоению внеземных территорий, лучше ориентироваться на создание национальной лунной базы.
Автоматы или пилоты?
Особый разговор – о пилотируемой космонавтике. С самого начала пилотируемых полётов космонавты решали военные задачи профессионального наблюдения за объектами потенциального противника. Для СССР это был единственный способ решения многих разведывательных задач. Позднее, в связи со стремительным развитием электроники и компьютерной обработки изображений, задачи дистанционного зондирования Земли постепенно были переложены на автоматическую технику.
Спутники-автоматы могут круглосуточно выполнять свои функции в течение нескольких лет, а замена спутника на орбите стоит существенно меньше, чем запуск в космос наблюдателей-космонавтов и обеспечение их пребывания на орбите. Сегодня необходимость в космонавтах в ближнем космосе отпала.
Не следует, однако, думать, что пилотируемую космонавтику постигнет судьба парусного флота, уступившего место пароходам. Космонавты – это не машины, это думающие исследователи, и их будущее – именно в решении исследовательских задач. В ближайшем будущем ареной самых перспективных исследований в космосе станет Луна. Космонавты, как первопроходцы космоса, будут решать проблемы создания комфортных условий обитания людей на Луне и осваивать новые технологии добычи космических ресурсов. Пилотируемая космонавтика ближайшего будущего – это основа экспансии человечества на Луну.
Заключение: Россия будет прирастать космосом
Космос становится ближе. Теперь он становится жизненно необходимым для будущего человечества. Никогда прежде у землян не было возможности построить «запасное убежище» с полностью контролируемыми условиями обитания, в которых наша цивилизация смогла бы продолжить своё устойчивое развитие. Сегодня мы готовимся шагнуть за пределы родной планеты и начать осваивать Луну [ 16 ].
На Луне нас интересуют не её мифические минеральные ресурсы, а неосвоенные территории «седьмого континента». Поэтому будущее поселение на Луне следует основать там, где будет проходить транспортная магистраль с Земли на Луну, где техническая помощь с Земли будет способствовать быстрому росту поселения и строительству лунной промышленности.
Ресурсы для создания обитаемого пространства на Луне практически неограниченны. Отрадно сознавать, что Россия может стать лидером в освоении лунных территорий, так как она обладает необходимыми для этого технологиями. Если мы воспользуемся своими преимуществами, Россия будет прирастать не только Сибирью и побережьем Ледовитого океана, но и Луной.
© Багров А. В., Леонов В. А., 2020
История статьи:
Поступила в редакцию: 11.07.2020
Принята к публикации: 09.08.2020
Модератор: Гесс Л. А.
Конфликт интересов: отсутствует
Для цитирования:
Багров А. В., Леонов В. А. Проблемы перехода от исследований Луны к ее освоению // Воздушно-космическая сфера. 2020. №3. С. 22-33.
Источник