Как будет освоена и колонизирована Луна?
«Земля — колыбель человечества. Но нельзя вечно жить в колыбели.» — К.Э.Циолковский, основоположник космонавтики в СССР
Действительно, человеку свойственно заселять и покорять новые территории, новые места. Когда-то мы заселили всю Землю. Не пора ли заселять и другие миры, лететь в космос и колонизировать всю Солнечную Систему, а затем и всю галактику?
Мы уже бывали в космосе — запускали не только спутники и животных, но и человека на Луну (кто сомневается — читайте эту статью ). Мы построили уже несколько космических станций, летающих по орбите Земли — Мир, МКС, Тяньгун, Skylab. И уже мечтаем о полётах на Марс, рассматриваем его как первую колонию.
Но что насчёт Луны? Ведь у неё есть ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с Марсом. И если их грамотно использовать, то я уверен, что когда-нибудь именно Луна станет основным космодромом и источником энергии для человеческой цивилизации!
Преимущества Луны
Спутник Земли гораздо ближе Марса, а это значит, что товары и пассажиров будет намного легче и дешевле доставлять. Расстояние между Марсом и Землей постоянно меняется, и кораблям нужно от 39 до 289 дней для полёта в одну сторону. Согласитесь, постоянно искать «максимальные сближения» планет неудобно.
А вот расстояние между Землёй и Луной хоть и меняется, но всё равно остаётся очень небольшим — полёт займёт менее 10 дней. Можно будет доставлять во много раз больше топлива, ресурсов и самих колонистов!
Также лунная гравитация меньше земной в 6 раз, то есть нужно в 6 раз меньше топлива, чтобы долететь от Луны до Земли. Растения там смогут вырасти в несколько раз выше, чем при земных условиях. А сами люди, выросшие на Земле, станут там суперменами, смогут прыгать и выполнять физические упражнения в 6 раз легче 🙂
Наконец, на Луне есть большие запасы ресурсов. Это и гелий-3, способный обеспечить нашу планету энергией на многие тысячи лет. Кремний, кислород, вода, разнообразные минералы и даже металлы. В отличие от Марса, который хоть и считается красной планетой из-за оксидов железа, по всем оценкам и анализам беден на ресурсы.
Сложности при освоении Луны
На Луне, в отличие от Земли, день длится 29 дней. Из-за этого одна сторона нагревается очень сильно от Солнца, а вторая не нагревается вообще. Температурная разница между сторонами составляет 240 °C — от -120 до +150. Это же сущий ад! Как строить колонию, где один месяц безумно холодно, а следующий — убийственно жарко?
Там нет атмосферы и магнитного поля, а значит, нет защиты от солнечной радиации и защиты от метеоритов. Потребуется много усилий, чтобы обезопасить будущих колонистов. Настолько много, что с нашими сегодняшними технологиями они вряд ли смогут снять с себя скафандры на Луне.
Сценарии освоения: что делается уже и что планируется?
Вспомним, как проходила колонизация Америки европейцами. Она проходила в три стадии:
1. Исследование. Здесь будущие колонисты спонсировались государствами или частными лицами и лишь исследовали местность. Они не оставались в Америке, а возвращались домой.
2. Заселение . На этой стадии первые поселенцы строили форты и дома для проживания. Большинство из них умирало, и оставались лишь немногие. Экономической выгоды здесь до сих пор не было, ведь путешествия были дорогими.
3. Освоение. На финальной стадии молодая колония уже могла себя обеспечивать и торговать с метрополией, местом, откуда пришли первые колонисты. Более того, колония становилась самостоятельной и могла объявить независимость (что и сделали практически все бывшие колонии европейских империй)
По такому же сценарию и будет осуществлена колонизация Луны. С 1969 по настоящее время осуществляется первая стадия — исследование. Мы уже знаем, чего ждать от Луны.
Так не пора ли начать вторую стадию?
Пора. И многие государства интересуются этой возможностью. К примеру, в 2021-2025 годах Россия планирует запустить на наш спутник 4 космических аппарата, которые соберут необходимые данные и построят там макет будущей космической базы. Сама же база будет построена к 2030 году в Южном Полюсе.
Об этом регионе надо сказать подробнее: там нашли множество запасов водного льда, то есть воды! Там никогда не прекращает светить Солнце, то есть можно будет заряжать солнечные батареи постоянно. Южным Полюсом уже интересуются как российские, так и британские и американские компании. Этот регион, скорее всего, будет как Карибы для Испании — первая колония, первое богатство, первые огромные возможности.
Первое освоение, по моему мнению, должно осуществляться дронами и роботами. Люди не смогут выжить без атмосферы и защиты от радиации, и малейшая авария погубит их. Технику же нужно лишь вовремя заряжать и чинить. Они будут добывать ресурсы и строить первый купол для людей. Этот купол станет имитацией земных условий, с атмосферой, защитой от холодов и аномального тепла, радиации и метеоритов.
Кто первым создаст полноценную колонию? Скорее всего, это будут ЕС, США, Китай или Россия. Именно у них хватит ресурсов и технологий, чтобы освоить Луну.
Чьи колонии выживут и кто заявит права на Луну? Неизвестно. В XV-XVI веках Испания и Португалия владели половиной мира, а уже через 300 лет растеряли все свои колонии. Нидерланды, Швеция, Германия, Италия, Шотландия, Россия и многие другие страны пытались создать свои колонии в Северной Америке и Африке, а в итоге это получилось только у Англии и Франции. Поэтому неизвестно, кто станет владеть Луной в будущем. Бразилия, Мексика, Индия? В нашем изменчивом мире всё возможно.
Когда мы сможем полететь на Луну? Вероятно, к 2050-2070 годам. Именно тогда договор о Луне, подписанный в 1967 году, будет пересмотрен. Возможно, начнутся колониальные войны. А может, появится мировое правительство, которое будет создавать единую колонию. Никто этого не знает, но очень хочется дожить до этого.
И со временем колонисты станут не только учёными и исследователями, но и родителями, создав при этом первых людей, родившихся в новой колонии, на Луне. Именно тогда лунная колония станет доказательством того, что это не просто научный эксперимент — там можно и нужно жить!
Всем спасибо за уделённое внимание. Если понравилась статья, то ставьте палец вверх и подписывайтесь на мой канал — там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое. Читайте меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и Яндекс.Дзене ( Мир науки )!
Источник
Колонизация Луны — Colonization of the Moon
Колонизация Луны — это концепция, используемая в некоторых предложениях по созданию постоянного поселения людей или присутствия роботов на Луне , ближайшем к Земле астрономическом теле и единственном естественном спутнике Земли . Термин « колонизация» может иметь негативные последствия, и поэтому его использование для обозначения космоса подвергается сомнению , некоторые предлагают более базовые концепции, такие как космическое поселение или космическое жилище .
Для первой постоянной человеческой космической колонии или поселения выбор Луны выиграет от ее близости к Земле.
Одна из предполагаемых целей поселения на Луне — туризм на Луне в ближайшем будущем частными космическими компаниями .
Обнаружение воды в почве на полюсах Луны аппаратом Chandrayaan-1 ( ISRO ) в 2008–09 гг. Возродило интерес к Луне после того, как миссии НАСА в 1990-х годах предположили наличие лунного льда.
СОДЕРЖАНИЕ
Предложения
Идея лунной колонии возникла еще до космической эры . В 1638 году епископ Джон Уилкинс написал «Рассуждение о новом мире и другой планете», в котором предсказал человеческую колонию на Луне. Константин Циолковский (1857–1935), среди прочих, также предлагал такой шаг.
Начиная с 1950-х годов учеными, инженерами и другими был предложен ряд более конкретных концепций и конструкций. В 1954 году писатель-фантаст Артур Кларк предложил лунную базу из надувных модулей, покрытых лунной пылью для изоляции. Космический корабль собран на околоземной орбите начнет на Луну, и астронавты настроить иглу -like модулей и надувные радио мачты. Последующие шаги будут включать создание более крупного постоянного купола; водоросли основанной очистителя воздуха ; ядерный реактор для обеспечения мощности; и электромагнитные пушки для запуска грузов и топлива для межпланетных кораблей в космос.
В 1959 году Джон С. Райнхарт предположил, что самая безопасная конструкция — это конструкция, которая могла бы «[плавать] в неподвижном океане пыли », поскольку в то время, когда эта концепция была изложена, существовали теории о том, что может быть глубина в милю. океаны пыли на Луне. Предлагаемая конструкция представляла собой полуцилиндр с полукуполами на обоих концах, над основанием которого размещался микрометеороидный щит.
Лунная столица
В 2010 году на конкурсе The Moon Capital Competition был вручен приз за проект лунной среды обитания, предназначенной для подземного международного коммерческого центра, способного содержать жилой персонал из 60 человек и их семьи. Лунная столица должна быть самодостаточной в отношении продуктов питания и других материалов, необходимых для жизнеобеспечения. Призовые деньги были предоставлены в основном Бостонским обществом архитекторов , Google Lunar X Prize и Советом Новой Англии Американского института аэронавтики и астронавтики .
Исследование Луны
Разведка до 2019 года
Исследование лунной поверхности с помощью космических аппаратов началось в 1959 году по программе Советского Союза « Луна» . Луна 1 пропустила Луну, но Луна 2 совершила жесткую посадку (удар) на ее поверхность и стала первым искусственным объектом на внеземном теле. В том же году миссия « Луна-3 » направила на Землю по радио фотографии невидимой до сих пор обратной стороны Луны , что положило начало десятилетней серии исследований Луны с помощью роботов.
Отвечая на советскую программу освоения космоса, президент США Джон Ф. Кеннеди в 1961 году сказал Конгрессу США 25 мая: «Я считаю, что эта страна должна взять на себя обязательство достичь цели, прежде чем закончится это десятилетие, — высадить человека на берег. Луна и благополучно вернет его на Землю ». В том же году советское руководство сделало некоторые из первых публичных заявлений о высадке человека на Луну и создании лунной базы.
Исследование лунной поверхности экипажами началось в 1968 году, когда космический корабль « Аполлон-8» совершил облет Луны с тремя астронавтами на борту. Это был первый прямой взгляд человечества на дальнюю сторону. В следующем году, Apollo 11 «s лунного модуля высадились два астронавта на Луне, доказав способность людей путешествия на Луну, выполнять научно — исследовательскую работу там, и вернуть образцы материалов.
Дополнительные миссии на Луну продолжили эту фазу исследования. В 1969 году миссия Apollo 12 приземлилась рядом с космическим кораблем Surveyor 3 , продемонстрировав возможность точной посадки. Использование транспортного средства с экипажем на поверхности Луны было продемонстрировано в 1971 году с помощью лунного вездехода во время Аполлона-15 . Аполлон-16 совершил первую посадку на пересеченной лунной возвышенности . Интерес к дальнейшим исследованиям Луны среди американской общественности начал убывать. В 1972 году « Аполлон-17» стал последней лунной миссией «Аполлона», и дальнейшие запланированные миссии были отменены по указанию президента Никсона . Вместо этого основное внимание было обращено на космический шаттл и пилотируемые миссии на околоземной орбите.
В дополнение к своим научным результатам, программа Apollo также дала ценные уроки о жизни и работе в лунной среде.
Советский лунные программы с экипажем не удались отправить пилотируемую миссию на Луну. В 1966 году « Луна-9» стала первым зондом, совершившим мягкую посадку и сделавшим снимки поверхности Луны крупным планом. «Луна-16» в 1970 году вернула первые образцы советского лунного грунта, а в 1970 и 1973 годах в рамках программы «Луноход» на Луну приземлились два робота-вездехода. Луноход-1 исследовал поверхность Луны в течение 322 дней, а Луноход-2 проработал на Луне всего около четырех месяцев, но преодолел на треть большее расстояние. В 1974 году закончился советский «Самогон», через два года после последней посадки американского экипажа. Помимо высадки с экипажем, заброшенная советская программа на Луне включала строительство лунной базы « Звезда », которая была первым детальным проектом с разработанными макетами экспедиционных машин и надводных модулей.
В последующие десятилетия интерес к исследованию Луны значительно угас, и лишь несколько преданных энтузиастов поддержали возвращение. Свидетельства наличия лунного льда на полюсах, собранные в ходе миссий НАСА « Клементина» (1994 г.) и « Лунный изыскатель» (1998 г.), снова разожгли некоторые дискуссии, равно как и потенциальный рост китайской космической программы , предполагающей собственную миссию на Луну. Последующие исследования показали, что льда (если таковой имеется) было гораздо меньше, чем предполагалось изначально, но все же могут существовать некоторые полезные отложения водорода в других формах. В сентябре 2009 года зонд Chandrayaan в Индии с прибором ISRO обнаружил, что лунный грунт содержит 0,1% воды по весу, опровергнув гипотезы, существовавшие в течение 40 лет.
В 2004 году президент США Джордж Буш призвал разработать план по возвращению пилотируемых миссий на Луну к 2020 году (после отмены — см. Программу Constellation ). 18 июня 2009 года была запущена миссия НАСА LCROSS / LRO на Луну. Миссия LCROSS была разработана для получения исследовательской информации для помощи в будущих лунных исследовательских миссиях и должна была завершиться управляемым столкновением корабля с лунной поверхностью. Миссия LCROSS завершилась, как и было запланировано, контролируемым воздействием 9 октября 2009 года.
В 2010 году из-за сокращения ассигнований Конгресса на НАСА президент Барак Обама приостановил предыдущую инициативу администрации Буша по исследованию Луны и сосредоточил общее внимание на пилотируемых полетах на астероиды и Марс, а также на расширение поддержки Международной космической станции.
В 2019 году президент Трамп призвал НАСА провести миссию на Луну с экипажем в 2024 году, а не в 2028 году, как в первоначальном расписании. План посадки на 2024 год был представлен Конгрессу в августе 2019 года, но не получил финансирования, и планы были согласованы.
Запланированные полеты на Луну с экипажем, 2021–2036 гг.
Япония планирует высадить человека на Луну к 2030 году, а Китайская Народная Республика в настоящее время планирует высадить человека на Луну к 2036 году (см. Китайскую программу исследования Луны ).
Соединенные Штаты
Американский миллиардер Джефф Безос обрисовал свои планы относительно лунной базы на 2020-е годы . Самостоятельно SpaceX планирует отправить Starship на Луну для создания базы.
В марте 2019 года НАСА обнародовало миссию программы Artemis по отправке экипажа на Луну к 2024 году в ответ на указание президента Трампа, а также планы по созданию форпоста в 2028 году. Несмотря на проблемы с финансированием, планы НАСА оставались невыясненными. вернуться на Луну к 2024 году.
Глобальные организации
В августе 2019 года Открытый лунный фонд вышел из скрытности с четким планом развития совместной и глобальной открытой группы, чтобы позволить жителям всех наций участвовать в построении мирного и совместного лунного поселения. Работа была начата в начале 2018 года, когда группа предпринимателей Кремниевой долины объединилась, осознав, что значительное снижение затрат на запуск частных компаний может сделать возможным лунное урегулирование, которое может быть реализовано с инвестициями в «однозначные миллиарды», возможно, США. 2–3 миллиарда долларов . Среди учредителей Стив Джурветсон , Уилл Маршалл , Челси Робинсон , Джесси Кейт Шинглер , Крис Хэдфилд и Пит Уорден . Первоначальное финансирование Open Lunar составляло 5 миллионов долларов США .
Лунный водяной лед
24 сентября 2009 г. журнал Science сообщил о том, что прибор для составления карты минералогии Луны (M 3 ) на космическом аппарате Chandrayaan-1 Индийской организации космических исследований (ISRO) обнаружил воду на Луне. M 3 обнаружил абсорбционные особенности около 2,8–3,0 мкм (0,00011–0,00012 дюйма) на поверхности Луны. Для получения силикатных тел, такие признаки , как правило , связаны с гидроксильным — и / или водой водоносных материалы. На Луне эта особенность видна как широко распространенное поглощение, которое наиболее сильно проявляется в более прохладных высоких широтах и в нескольких свежих кратерах из полевого шпата . Общее отсутствие корреляции этой особенности в данных M 3 при солнечном свете с данными о содержании H нейтронного спектрометра позволяет предположить, что образование и удержание OH и H 2 O — это непрерывный поверхностный процесс. Процессы производства OH / H 2 O могут подпитывать полярные холодные ловушки и сделать лунный реголит потенциальным источником летучих веществ для исследования человеком.
Визуализирующий спектрометр Moon Mineralogy Mapper (M 3 ) был одним из 11 инструментов на борту Chandrayaan-1, чья миссия была преждевременно завершена 29 августа 2009 года. M 3 был нацелен на создание первой карты минералов всего лунная поверхность.
Лунные ученые обсуждали возможность создания хранилищ воды на протяжении десятилетий. В настоящее время они все больше «уверены, что многолетние дебаты окончены», — говорится в отчете. «На самом деле, на Луне вода есть во всех местах; не только запертая в минералах , но и разбросанная по раздробленной поверхности и, потенциально, в глыбах или пластах льда на глубине». Результаты миссии Chandrayaan также «предлагают широкий спектр водянистых сигналов».
13 ноября 2009 года НАСА объявило, что миссия LCROSS обнаружила большое количество водяного льда на Луне вокруг места падения LCROSS в Кабеусе . Роберт Зубрин , президент Марсианского общества , относился к термину «большой»: «30-метровый кратер, выброшенный зондом, содержал 10 миллионов килограммов реголита. В пределах этого выброса было обнаружено около 100 кг воды. десять частей на миллион, что является более низкой концентрацией воды, чем в почве самых засушливых пустынь Земли. Напротив, мы обнаружили на Марсе области размером с континент, которые составляют 600 000 частей на миллион, или 60% воды по весу. . » Хотя Луна в целом очень сухая, место удара ударника LCROSS было выбрано из-за высокой концентрации водяного льда. Расчеты доктора Зубрина не являются надежным основанием для оценки процентного содержания воды в реголите на этом участке. Исследователи, обладающие опытом в этой области, подсчитали, что реголит в месте падения содержал 5,6 ± 2,9% водяного льда, а также отметили присутствие других летучих веществ. Присутствовали углеводороды , материалы, содержащие серу , диоксид углерода , монооксид углерода , метан и аммиак .
В марте 2010 года ISRO сообщила, что результаты его мини-РЛС на борту «Чандраяан-1» согласуются с ледяными отложениями на северном полюсе Луны. По оценкам, на северном полюсе имеется не менее 600 миллионов тонн льда в виде пластов относительно чистого льда толщиной не менее пары метров.
В марте 2014 года исследователи, которые ранее публиковали отчеты о возможном изобилии воды на Луне, сообщили о новых выводах, которые существенно уточнили их прогнозы.
В 2018 году было объявлено, что инфракрасные данные M 3 с Чандраяна-1 были повторно проанализированы, чтобы подтвердить существование воды на обширных просторах полярных регионов Луны.
Китайский спускаемый аппарат Chang’e 4 и его марсоход Yutu 2 находятся на лунной поверхности на обратной стороне Луны в бассейне Южный полюс — Эйткен, анализируя лунную поверхность, чтобы помочь в поиске воды.
В 2020 году обсерватория НАСА SOFIA, Boeing 747, оснащенная телескопом, помогла найти молекулярную воду на солнечных поверхностях Луны после изучения кратера Клавиуса.
Преимущества, недостатки, проблемы и возможные решения
Колонизация естественного тела обеспечит достаточный источник материала для строительства и других применений в космосе, включая защиту от космического излучения . Энергия, необходимая для отправки объектов с Луны в космос, намного меньше, чем с Земли в космос. Это может позволить Луне служить источником строительных материалов в цис-лунном пространстве. Ракеты, запускаемые с Луны, потребуют меньше топлива местного производства, чем ракеты, запускаемые с Земли. Некоторые предложения включают использование устройств электрического ускорения ( двигателей массы ) для перемещения объектов с Луны без создания ракет. Другие предложили привязки обмена импульсом (см. Ниже). Кроме того, Луна обладает некоторой гравитацией , которая, как показывает опыт на сегодняшний день, может иметь жизненно важное значение для развития плода и здоровья человека в долгосрочной перспективе . Неизвестно, подходит ли для этой цели гравитация Луны (примерно одна шестая земной).
Кроме того, Луна — ближайшее к Земле крупное тело Солнечной системы . В то время как некоторые астероиды, пересекающие Землю, иногда проходят ближе, расстояние до Луны постоянно находится в пределах небольшого диапазона, близкого к 384 400 км. Эта близость имеет несколько преимуществ:
- Строительство обсерваторий на Луне из лунных материалов дает многие преимущества космических объектов без необходимости запускать их в космос. Лунный грунт , хотя это создает проблему для каких — либо подвижных частей телескопов , может быть смешан с углеродными нанотрубками и эпоксидами в конструкции зеркала до 50 метров в диаметре. Это относительно недалеко; астрономическое видение — не проблема; некоторые кратеры около полюсов постоянно темные и холодные, и поэтому особенно полезны для инфракрасных телескопов ; а радиотелескопы на дальней стороне будут защищены от радиопереговоров Земли. Лунный зенитный телескоп можно дешево сделать с использованием ионной жидкости .
- Ферма на северном полюсе Луны могла бы обеспечивать восемь часов солнечного света в день в течение местного лета за счет смены урожая на солнечный свет, который непрерывен в течение всего лета. Благоприятная температура, радиационная защита, насекомые для опыления и все другие потребности растений могут быть искусственно обеспечены в течение местного лета за определенную плату. По одной из оценок, космическая ферма площадью 0,5 га могла прокормить 100 человек.
У Луны как колонии есть несколько недостатков и / или проблем:
- Длинная лунная ночь помешает полагаться на солнечную энергию и потребует, чтобы колония, находящаяся на освещенной солнцем экваториальной поверхности, была спроектирована так, чтобы выдерживать большие экстремальные температуры (от примерно 95 К (-178,2 ° C) до примерно 400 K (127 ° C)). Исключением из этого ограничения являются так называемые « пики вечного света », расположенные на северном полюсе Луны, которые постоянно залиты солнечным светом. Край кратера Шеклтона по направлению к южному полюсу Луны также имеет почти постоянное солнечное освещение. Другие области возле полюсов, которые большую часть времени освещаются, могут быть объединены в электрическую сеть. Температура на 1 метр ниже поверхности Луны, по оценкам, будет почти постоянной в течение месяца, изменяясь в зависимости от широты от около 220 K (-53 ° C) на экваторе до около 150 K (-123 ° C) на суше. полюса.
- Луна сильно обеднена летучими элементами , такими как азот и водород. Углерод, образующий летучие оксиды, также обеднен. Ряд роботов-зондов, в том числе Lunar Prospector, собрали доказательства наличия водорода в коре Луны в соответствии с тем, что можно было бы ожидать от солнечного ветра, и более высоких концентраций у полюсов. Были некоторые разногласия относительно того, обязательно ли водород находится в форме воды. Миссия спутника наблюдения и зондирования лунных кратеров (LCROSS) в 2009 году доказала, что на Луне есть вода. Эта вода существует в форме льда, возможно, смешанной с небольшими кристаллами в реголите в более холодном ландшафте, чем когда-либо добывали. Другие летучие вещества, содержащие углерод и азот, были обнаружены в той же холодной ловушке, что и лед. Если не будет найдено достаточных средств для восстановления этих летучих веществ на Луне, их придется импортировать из какого-то другого источника для поддержания жизни и промышленных процессов. Летучие вещества необходимо будет строго утилизировать. Это ограничит темпы роста колонии и сделает ее зависимой от импорта. Затраты на транспортировку снизятся за счет лунного космического лифта, если и когда он будет построен.
- Объявление 2006 года обсерваторией Кека о том, что двоичный троянский астероид617 Патрокл и, возможно, большое количество других троянских объектов на орбите Юпитера , вероятно, состоят из водяного льда со слоем пыли и предполагаемого большого количества водяного льда. на более близком астероиде 1 Церера , расположенном в главном поясе , предполагают, что импорт летучих веществ из этого региона через межпланетную транспортную сеть может быть практичным в не столь отдаленном будущем. Эти возможности зависят от сложного и дорогостоящего использования ресурсов от средней до внешней Солнечной системы, которые вряд ли станут доступными для лунной колонии в течение значительного периода времени.
- Отсутствие прочной атмосферы для изоляции приводит к экстремальным температурам и делает условия на поверхности Луны чем-то вроде глубокого космического вакуума с поверхностным давлением (ночью) 3 × 10 -15 бар. Он также оставляет лунную поверхность подверженной вдвое меньшему количеству радиации, чем в межпланетном пространстве (при этом другая половина блокируется самой Луной под колонией), что поднимает вопросы угрозы здоровью от космических лучей и риска воздействия протонов от Солнца. ветер . В 2020 году ученые сообщили о первых измерениях дозы облучения на поверхности Луны , проведенных с помощью китайского посадочного модуля Chang’e 4 . Лунный щебень может защитить жилые помещения от космических лучей. Защита от солнечных вспышек во время экспедиций на открытом воздухе более проблематична.
- Когда Луна проходит через хвост магнитосферы Земли, плазменный слой хлестает по ее поверхности. Электроны врезаются в Луну и снова высвобождаются УФ-фотонами на дневной стороне, но повышают напряжение на темной стороне. Это вызывает накопление отрицательного заряда с -200 В до -1000 В. См. Магнитное поле Луны .
- Лунная пыль — это чрезвычайно абразивное стеклообразное вещество, образованное микрометеоритами и неокругленное из-за отсутствия выветривания. Он прилипает ко всему, может повредить оборудование и может быть токсичным. Поскольку он бомбардируется заряженными частицами в солнечном ветре, он сильно ионизирован и чрезвычайно вреден при вдыхании. По этой причине во время миссий Аполлона в 1960-х и 1970-х годах астронавты страдали респираторными проблемами при обратных полетах с Луны.
- Выращивание сельскохозяйственных культур на Луне сталкивается с множеством сложных проблем из-за долгой лунной ночи (354 часа), резких колебаний температуры поверхности, воздействия солнечных вспышек, почвы почти без азота и мало калия и отсутствия насекомых для опыления. Из-за отсутствия какой-либо материальной атмосферы на Луне растения необходимо выращивать в герметичных камерах, хотя эксперименты показали, что растения могут процветать при гораздо более низком давлении, чем на Земле. Использование электрического освещения для компенсации 354-часовой ночи может быть затруднено: один акр (0,405 гектара) растений на Земле имеет пиковую мощность солнечного света в 4 мегаватта в полдень. Эксперименты, проведенные советской космической программой в 1970-х годах, показывают, что можно выращивать обычные культуры с циклом 354 часа света и 354 часа темноты. Были предложены различные концепции лунного земледелия, в том числе использование минимального искусственного освещения для поддержания растений в ночное время и использование быстрорастущих культур, которые можно было бы выращивать как рассаду с искусственным освещением и собирать урожай в конце одного лунного периода. день. Эксперимент китайской миссии лунного посадочного модуля Chang’e 4 продемонстрировал, что семена могут прорастать и расти в защищенных условиях на Луне (январь 2019 г.). Семена хлопка смогли выдержать суровые условия, по крайней мере, на начальном этапе, став первыми растениями, когда-либо появившимися на поверхности другого мира. Но без источника тепла растения погибли в холодную лунную ночь.
Локации
Советский астроном Владислав Шевченко в 1988 году предложил следующие три критерия, которым должен соответствовать лунный форпост:
- хорошие условия для транспортных операций;
- большое количество различных типов природных объектов и особенностей на Луне, представляющих научный интерес; а также
- природные ресурсы, такие как кислород . Содержание некоторых минералов, таких как оксид железа , сильно варьируется на поверхности Луны.
Хотя колония может быть расположена где угодно, потенциальные места для лунной колонии можно разделить на три большие категории.
Полярные регионы
Есть две причины, по которым северный и южный полюсы Луны могут быть привлекательными местами для поселения людей. Во-первых, есть свидетельства наличия воды в некоторых постоянно затененных участках возле полюсов. Во-вторых, ось вращения Луны достаточно близка к тому, чтобы быть перпендикулярной плоскости эклиптики, так что радиус полярных кругов Луны составляет менее 50 км. Таким образом, станции сбора энергии могут быть расположены так, чтобы по крайней мере одна из них постоянно находилась под воздействием солнечного света, что дает возможность питать полярные колонии почти исключительно солнечной энергией. Солнечная энергия будет недоступна только во время лунного затмения , но эти события относительно кратковременны и абсолютно предсказуемы. Следовательно, любая такая колония потребует резервного источника энергии, который мог бы временно поддерживать колонию во время лунных затмений или в случае любого инцидента или неисправности, влияющей на сбор солнечной энергии. Водородные топливные элементы были бы идеальными для этой цели, поскольку необходимый водород можно было бы получить на месте, используя полярную воду Луны и излишки солнечной энергии. Более того, из-за неровной поверхности Луны в некоторых местах почти непрерывно солнечный свет. Например, гора Малаперт , расположенная недалеко от кратера Шеклтона на южном полюсе Луны, предлагает несколько преимуществ в качестве места:
- Большую часть времени он подвергается воздействию Солнца (см. Пик Вечного Света ); две близко расположенные группы солнечных панелей будут получать почти непрерывное питание.
- Его близость к кратеру Шеклтона (116 км или 69,8 миль) означает, что он может обеспечить кратер электроэнергией и связью. Этот кратер потенциально ценен для астрономических наблюдений. Инфракрасный прибор будет извлечь выгоду из очень низких температур. Радиотелескоп может быть с защитой от широкого спектра помех радиосвязи Земли.
- Близлежащий кратер Шумейкер и другие кратеры находятся в постоянной глубокой тени и могут содержать ценные концентрации водорода и других летучих веществ.
- На высоте около 5000 метров (16000 футов) он обеспечивает прямую видимость связи над большой площадью Луны, а также с Землей .
- Бассейн Южный полюс — Эйткен расположен на южном полюсе Луны. Это второй по величине известный ударный бассейн в Солнечной системе, а также самый старый и самый большой ударный объект на Луне, который должен предоставить геологам доступ к более глубоким слоям лунной коры. Это то место, где приземлился китайский Chang’e 4, на дальней стороне.
НАСА решило использовать южнополярную площадку для эталонного проекта лунной заставы в главе « Исследование архитектуры исследовательских систем», посвященной лунной архитектуре.
На северном полюсе край кратера Пири был предложен в качестве благоприятного места для базы. Изучение изображений, полученных с миссии «Клементина» в 1994 году, похоже, показывает, что части края кратера постоянно освещаются солнечным светом (за исключением лунных затмений ). В результате ожидается, что температурные условия в этом месте останутся очень стабильными, в среднем -50 ° C (-58 ° F). Это сопоставимо с зимними условиями на полюсах холода Земли в Сибири и Антарктиде . Внутри кратера Пири также могут находиться отложения водорода.
Эксперимент с бистатическим радаром 1994 года, проведенный во время миссии Клементина, показал наличие водяного льда вокруг южного полюса. Космический аппарат Lunar Prospector сообщил в 2008 году об увеличении содержания водорода на южном полюсе и даже больше на северном полюсе. С другой стороны, результаты, полученные с помощью радиотелескопа Аресибо , были интерпретированы некоторыми как указание на то, что аномальные радиолокационные сигнатуры Клементина указывают не на лед, а на шероховатость поверхности. Эта интерпретация не является общепринятой.
Потенциальное ограничение полярных регионов состоит в том, что приток солнечного ветра может создавать электрический заряд с подветренной стороны краев кратеров. Возникающая в результате разница напряжений может повлиять на электрическое оборудование, изменить химический состав поверхности, разрушить поверхности и левитировать лунную пыль.
Экваториальные регионы
В экваториальных областях Луны, вероятно, будут более высокие концентрации гелия-3 (редко встречающегося на Земле, но очень востребованного для использования в исследованиях ядерного синтеза), потому что солнечный ветер имеет более высокий угол падения . Они также обладают преимуществом во внеслунном движении: преимущество вращения для запуска материала невелико из-за медленного вращения Луны, но соответствующая орбита совпадает с эклиптикой, почти совпадает с лунной орбитой вокруг Земли и почти совпадает с экваториальной. самолет Земли.
Несколько зондов приземлились в районе Oceanus Procellarum . Есть много областей и особенностей, которые могут быть предметом длительного изучения, например, гамма- аномалия Райнера и кратер Гримальди с темным дном .
Дальняя сторона
На обратной стороне Луны отсутствует прямая связь с Землей, хотя спутник связи в точке Лагранжа L 2 или сеть орбитальных спутников могут обеспечить связь между обратной стороной Луны и Землей. Дальняя сторона также является хорошим местом для большого радиотелескопа, потому что она хорошо защищена от Земли. Из-за отсутствия атмосферы это место также подходит для установки ряда оптических телескопов , подобных очень большому телескопу в Чили .
Ученые подсчитали, что самые высокие концентрации гелия-3 можно найти в морских водах на дальней стороне, а также в близлежащих областях, содержащих концентрации минерала на основе титана ильменита . На ближней стороне Земля и ее магнитное поле частично экранируют поверхность от солнечного ветра на каждой орбите. Но дальняя сторона полностью открыта и, следовательно, должна принимать несколько большую часть ионного потока.
Лунные лавовые трубы
Лунные лавовые трубы — потенциальное место для строительства лунной базы. Любая целая лавовая труба на Луне может служить укрытием от суровых условий лунной поверхности, с ее частыми ударами метеоритов, высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением и энергичными частицами, а также резкими суточными колебаниями температуры. Лавовые трубы представляют собой идеальные места для укрытия из-за доступа к ближайшим ресурсам. Они также зарекомендовали себя как надежные конструкции, выдержавшие испытание временем на протяжении миллиардов лет.
Подземная колония избежит экстремальных температур на поверхности Луны. В дневное время (около 354 часов) средняя температура составляет около 107 ° C (225 ° F), хотя она может подниматься до 123 ° C (253 ° F). Ночной период (также 354 часа) имеет среднюю температуру около -153 ° C (-243 ° F). Под землей как днем, так и ночью будет около -23 ° C (-9 ° F), и люди могут установить обычные обогреватели для тепла.
Одна такая лавовая трубка была обнаружена в начале 2009 года.
Состав
Среда обитания
Было много предложений по модулям среды обитания. Конструкции развивались на протяжении многих лет по мере роста знаний человечества о Луне и изменения технологических возможностей. Предлагаемые места обитания варьируются от реальных посадочных устройств космических кораблей или их использованных топливных баков до надувных модулей различной формы. Некоторые опасности лунной среды, такие как резкие перепады температуры, отсутствие атмосферы или магнитного поля (что означает более высокий уровень радиации и микрометеороидов) и долгие ночи, были неизвестны на раннем этапе. Предложения изменились, поскольку эти опасности были признаны и приняты во внимание.
Источник