Луна и Марс как объекты колонизации
Полноценное освоение Луны и Марса, а не рекордные полёты ради приоритета, — так видят будущее отечественной космонавтики в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, одном из ведущих предприятий российской ракетно-космической промышленности (именно там производят ракету-носитель «Протон» и разрабатывают семейство ракет-носителей «Ангара»). На прошедших в начале этого года XXXV Академических чтениях по космонавтике (Королёвских чтениях) Центр Хруничева представил космическую программу, рассчитанную на 30 лет.
По мнению специалистов Центра, завоевание других планет должно начаться с создания сборочной платформы на низкой околоземной орбите. Именно на станции-верфи из отдельных модулей будут строиться межпланетные корабли — примерно так же, как строилась Международная космическая станция (МКС).
Следующий этап — развёртывание лунной орбитальной станции (ЛОС). База на орбите вокруг нашего естественного спутника позволит исследовать Луну и управлять автоматами на её поверхности без запаздывания сигнала (от Земли до Луны сигнал идёт чуть более секунды). Кроме того именно с неё впоследствии осуществятся высадки на поверхность Луны. Затем в наиболее интересных с научной точки зрения областях Луны будут созданы посещаемые базы. Со временем базы станут постоянно обитаемыми и начнётся следующий этап — промышленное использование местных ресурсов для жизнеобеспечения космонавтов и заправки кораблей.
А Луна может предложить нам очень многое. Например, в состав её реголита (пылевидного слоя грунта на поверхности) входит множество химических элементов — кислород (40%), кремний (20%), железо (5—10%), алюминий (10%), кальций (10%), даже титан (3%) и магний (5%). Конечно, все эти сокровища необходимо ещё добыть. Ведь на Земле руду, содержащую меньше 25% железа, называют бедной, а меньше 16% вообще таковой не считают.
Новые данные, полученные российским прибором LEND (LEND — Lunar Exploration Neutron Detector, или нейтронный детектор для исследования Луны), входящим в состав научной аппаратуры американского зонда LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter — лунный орбитальный зонд), свидетельствуют о наличии в реголите водорода, лучшего топлива для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Водород, в свою очередь, может указывать на наличие водяного льда, то есть воды и кислорода для нужд лунной базы.
Ещё один элемент, который входит в состав реголита и очень интересует человечество, — знаменитый гелий-3, прекрасное «горючее» для термоядерных электростанций будущего. Реакция 3 Не + D → 4 Не + p имеет ряд преимуществ: низкий поток нейтронов, неактивные материалы для синтеза, отсутствие радиоактивного выброса в случае аварии с разгерметизацией активной зоны. При термоядерном синтезе, когда тонна гелия-3 вступает в реакцию с 0,67 тонны дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти. К сожалению, гелия-3 на Земле почти нет, а на Луне его может найтись до 10 млн тонн (см. «Наука и жизнь» № 8, 2004 г.). Следует отметить, что существуют два огромных препятствия на пути внедрения термоядерной энергетики: отсутствие работающих реакторов и крайне низкая концентрация гелия-3 в реголите, около грамма на 100 тонн.
К лунным ресурсам можно условно отнести и солнечное излучение, не ослабленное атмосферой — 1367 Вт/м², вакуум и отсутствие радиопомех с Земли на обратной стороне нашего спутника (что может пригодиться для строительства радиотелескопов).
Но вернёмся к планам Центра им. М. В. Хруничева. Для освоения Марса предложен примерно такой же план, как и для Луны: станция на орбите, отдельные высадки, сначала временная база, потом постоянная, затем использование местных ресурсов, благо их на Марсе не меньше, чем на Луне. В атмосфере планеты присутствуют углекислый газ (95%) и азот (3%). Основная составляющая почвы — кремнезём (20—25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%). В элементном составе марсианской почвы преобладает кремний (20%), присутствуют железо (12%), алюминий и магний. И совсем недавно на Марсе был обнаружен водяной лёд.
Инженерные проекты достижения красной планеты разрабатываются уже более шестидесяти лет. В 1948 году Вернер фон Браун (Wernher von Braun — немецкий конструктор, создатель первых в истории баллистических ракет Фау-2, «отец» американской космической программы) написал подкреплённый расчётами роман об экспедиции на Марс. Роман не был издан, но материалы из него послужили основой лекций, прочитанных в 1951 году, и серии статей об освоение космоса, опубликованных в журнале «Collier’s» спустя год. Фон Браун планировал использовать для экспедиции на Марс десять космических кораблей массой 3720 тонн каждый. Создание флотилии потребовало бы 950 запусков специальной многоразовой ракеты.
В 1960-е планы стали гораздо скромнее — марсианская экспедиция на одном корабле с ядерным ракетным двигателем (ЯРД) намечалась на 1981 год. Масса межпланетного комплекса на околоземной орбите должна была составить 1500 тонн. Но после неоднократных посещений астронавтами Луны в рамках программы «Аполлон» и победы в космической гонке, финансирование «марсианских планов» в США свернули.
В нашей стране тоже проектировали экспедиции на Марс. Есть мнение, что советская лунная ракета Н-1 изначально была задумана именно для доставки на околоземную орбиту компонентов межпланетного корабля (см. «Наука и жизнь» №№ 4, 5, 1994 г.). Согласно проработкам отдела ОКБ-1 (знаменитое королёвское КБ, сейчас РКК «Энергия»), выполненным в конце 1950-х годов, для сборки межпланетного комплекса потребовалось бы 25 стартов Н-1.
Первые этапы проектов предусматривали варианты кораблей с жидкостными ракетными двигателями, однако в дальнейшем от них отказались в пользу электроракетных двигателей (ЭРД) с ядерным источником электроэнергии (см. «Наука и жизнь» № 7, 2007 г.). А сегодня Центр им. М. В. Хруничева на XXXV Академических чтениях по космонавтике предлагает для межпланетных кораблей двухрежимный ядерный ракетный двигатель (ЯРД). Он может работать и в качестве непосредственно ядерного двигателя, и как источник энергии для целой батареи из десятков электроракетных двигателей (ЭРД) малой тяги.
Вблизи планет, где для преодоления гравитации требуется большая тяга, сильно разогретый водород прокачивается через активную зону реактора и выбрасывается через сопло в космос, как в обычном реактивном двигателе. В межпланетном пространстве реактор работает как атомная электростанция (АЭС). Этот режим требует наличия огромных радиаторов для охлаждения рабочего вещества (тепло в космосе можно сбросить только излучением), турбин и генераторов электроэнергии. Электроракетные двигатели малой тяги имеют чрезвычайно высокий удельный импульс (и, значит, минимальный расход топлива (см. «Наука и жизнь» № 9, 1999 г.). Конечно, создание двухрежимного ЯРД — задача довольно сложная, но ничего принципиально нереализуемого в его проекте нет.
По планам Центра марсианский экспедиционный комплекс должен состоять из пилотируемого корабля (МПК) и грузового корабля (МГК) массой на околоземной орбите примерно 700 и 250 тонн соответственно. Части межпланетных кораблей на орбиту Земли станут выводить с помощью ракеты-носители семейства «Ангара» или новой многоразовой ракетно-космической системы (МРКС) с первой ступенью, работающей на метане и кислороде, разработку которой ведёт Центральный научно-исследовательский институт машиностроения.
Специалисты Центра оценили также экономическую составляющую проекта. По их мнению, вся тридцатилетняя программа освоения Луны и Марса обойдётся в 4,8 трлн рублей (в ценах 2010 года), или 160 млрд долларов (всего в 1,5—2 дороже всей программы МКС).
И хотя некоторые эксперты считают оценку заниженной, сумма велика только на первый взгляд. Для сравнения: это объём вкладов Сбербанка РФ или чуть меньше половины фондовых инвестиций в российскую экономику за прошлый год. Можно оценить и по-другому: 4,8 трлн рублей — это 55 000 рублей с каждого трудоспособного россиянина. Если сумму распределить по всей программе (30 лет) — всего 150 рублей в месяц. Совсем небольшая плата за будущее!
Источник
Куда лучше направиться: на Марс или Луну?
Вскоре нам придется наконец определиться, на чем сосредоточить главные силы исследования и колонизации: Луна или Марс. Если одни настаивают на марсианской поездке, то другие твердят о необходимости создания лунной базы на земном спутнике.
Рассмотрим Луну. Очевидный ее плюс – близость к Земле. Полет на Луну занимает максимум несколько дней. Нам уже удалось высадить туда 12 астронавтов, но мы все еще полностью не изучили этот мир.
Загадочной остается дальняя обратная сторона Луны. На ней могут быть лавовые трубы и масштабные сети подземных пещер, которые можно использовать как среду обитания. Да, на это уйдет много денег, но спутник окупит себя. В почве можно добыть огромное количество редкого для нас гелия-3.
К тому же логично использовать Луну как промежуточный этап, некое испытание перед исследованием более отдаленных объектов. Проблема в том, что спутник не горит желанием встречать землян. Там нет атмосферы, а значит мы лишены защиты от метеоритов и космических лучей. Температурный режим не стабилен, а низкая гравитация негативно скажется на состоянии живого организма.
Марс всегда ассоциировали с римским богом войны
Сильнее всего беспокоит лунная пыль, напоминающая раздробленное стекло, которое забивается в двигатели, выводит из строя роверы и попадает в легкие.
Хорошо, а что с Марсом? Планета удалена на расстояние 225 млн. км от Земли.
Такая дистанция намекает на то, что на путешествие уйдет как минимум 2 года. Астронавты сильно рискуют, потому что не могут повернуть вспять и все зависит от командной работы и функционирования техники.
В период полета к Марсу корабль получит огромную дозу радиационного облучения. Планета также лишена защиты, потому что не способна похвастаться сильной магнитосферой. Но на месте они получат обстановку, которая больше смахивает на земную.
На Красной планете присутствует тонкий атмосферный слой и сильная гравитация (за старение костей переживать не придется). Тем более, что мы уже получали предпосылки к существованию марсианской жизни в прошлом, и колонисты смогут заняться детальным изучением этого вопроса.
Реголит намного безопасней лунного и выветривался тысячелетиями, поэтому гладкий. То есть, человеческим легким ничего не грозит. На марсианской поверхности есть запасы воды, которые можно использовать для создания благоприятной среды обитания.
Венера, запечатленная Магелланом
Доставить людей к Красной планете обойдется дороже и сложнее. Придется придумать дополнительную защиту и потребуются новые технологии, которые помогут космонавтам освоиться на месте, иначе это будет самоубийство.
Да, мы видим плюсы и минусы, но есть еще один интересный вариант – Венера. Да, предвкушаем ваше удивление и скептицизм. Это ведь адское местечко, где плавится свинец (самая горячая планета Солнечной системы)! Что там забыли люди?
Дело в том, что Венера не такая уж и негостеприимная. В верхних слоях атмосферы температура приемлемая для живых организмов. Тем более там нормальное давление. Нужно лишь закрепить на этой высоте сеть дирижаблей и создать воздушный город.
Что выбрать? Голосуем за все! Да, придется потратиться, рисковать жизнью, но на кону исследование всей Солнечной системы. Так что пришло время переходить от теории к практике и готовить корабли к старту.
Источник
Марс против Луны: кого колонизировать в первую очередь?
В СМИ регулярно появляются заголовки: «Илон Маск собрался перевозить людей на Марс!», «К 2050 году США и Россия построят базы на Луне!». Но насколько это правдоподобно? Когда на Марсе и Луне появятся первые человеческие поселения, кто это сделает и главное: где создавать их в первую очередь?
Луна — наш друг в холодном космосе.
Луна — естественный спутник Земли, на который мы давно позарились. Мы запускали и продолжаем запускать туда исследовательские дроны, станции и даже запускали человека на Луну (кто в это не верит, почитайте эту статью ). Но по какой-то причине мы перестали туда летать. Когда планируются миссии и чем хорошо освоение Луны?
Чем хороша Луна?
1. Малое расстояние от Земли до Луны — 384 тысячи км, а лететь всего лишь 1-3 дня. В сравнении с Марсом (7 месяцев) это просто моментально. Меньше расходов на топливо и больше рейсов туда-обратно для перевозки грузов и людей.
2. Признаки наличия воды и минералов, которые пригодятся для строительства базы
3. На Луне находится отличный источник энергии — Гелий-3. Это изотоп гелия, который можно использовать в термоядерном синтезе для получения огромных количеств энергии. В будущем, когда наступит энергетический кризис (а он наступит, рано или поздно нефть и газ закончатся), можно будет добывать это чистое топливо на Луне. На Марсе такого нет.
1. Слабая гравитация (1/6 от земной), колонистам придётся заниматься физическими упражнениями по 2-3 часа в день, чтобы не атрофировались мышцы. Кстати, эта проблема есть и на Марсе.
2. Нет атмосферы и магнитного поля. Космонавты должны будут постоянно ходить в скафандрах, защищающих от радиации и носить баллоны с кислородом.
3. День на Луне длится больше года (27 суток против 29). Луна вращается очень медленно, из-за чего одна сторона сильно нагревается, а другая — сильно охлаждается.
Итого: кто полетит туда?
Сейчас над проектами по освоению Марса и Луны работает множество национальных космических агентств и несколько частных. Среди них Роскосмос, NASA, SpaceX, ESA (Европа), CNSA (Китай), JAXA (Япония) и другие. Но на сегодня шансы на создание баз и колоний есть только у первых трёх. Роскосмос и NASA планируют запускать автоматические станции на Луну для сбора грунта, а к 2030-2040 построить там исследовательскую станцию. У SpaceX планов по освоению Луны нет, они лишь хотят запустить туристическую ракету в 2023 вокруг спутника.
Марс — далёкий сосед, который может стать близким.
О полётах и жизни на Красной Планете задумывались уже давно. Марс был известен ещё древним грекам, но с тех пор мы мало что нового узнали про него. Там нет жизни, но она могла быть (по археологическим данным и компьютерным симуляциям). Итак, что там с Марсом, когда летим?
Плюсы освоения Марса:
1. Относительно комфортная температура — на экваторе она может доходить до +27 °C. И хотя средняя по планете составляет -63°C, это всё же теплее, чем в селе Оймякон (-71 °C ).
2. Много воды — недавно на Марсе нашли целый подлёдный океан на его Южном полюсе. Кроме этого, сами шапки на полюсах из водного льда.
3. Есть где скрываться от солнечной радиации — в марсианских пещерах
А что насчёт минусов?
1. Атмосфера очень и очень разряженная, да к тому же непригодная для жизни. Опять же, придётся либо ходить в скафандрах, либо создавать купол с искусственной атмосферой.
2. Нет магнитного поля — нет защиты от радиации. Но как я уже сказал, можно использовать пещеры планеты для построения там поселений.
3. По оценкам исследователей, планета бедна металлами. Не из чего будет строить электронику и т.д. Хотя всё может измениться, нужны только дополнительные исследования.
4. Самый главный минус — это огромное расстояние (среднее — 400 млн км). Лететь 8 месяцев, а то и больше. Ракетам с низкой грузоподъёмностью придётся тратить много времени просто на перелёты туда-обратно.
5. Кстати, из-за расстояния радиосвязь между Землёй и Марсом будет задерживаться в среднем на полчаса. Помехи в работе станут обыденным делом.
И всё же. Что там с освоением Марса?
На самом деле наши планы на него просто огромны. И заголовки «человек совсем скоро ступит на поверхность Марса» не кажутся вымыслом.
В 2022 SpaceX планирует запустить грузовую ракету на Красную планету, а уже через 2 года отправить первых пассажиров. В 2028 построить первую базу, а в 2030 уже мини-город для будущих колонистов Марса.
Не отстают также и национальные космические агенства. Китай, США, Россия и Европа будут запускать свои исследовательские станции в 2020-2030 годах, а затем планируют строить на Марсе поселения. Возможно, мы станем свидетелями настоящей космической гонки!
А кто будет освоен первым?
Скорее всего, Марс действительно удостоится большего внимания, чем Луна. На первом можно будет построить колонию, где люди смогут не только работать и исследовать планету, но и жить. А Луна может получить совсем другое призвание. Кроме научных станций на ней можно построить настоящий космический порт, где корабли будут дозаправляться, хранить и транспортировать грузы и возить туристов. И всё из-за той самой пониженной гравитации, вследствие чего нужно будет очень мало топлива!
Не сомневаюсь, что однажды на Луне построят целую верфь космических кораблей, а Земля хоть и останется колыбелью, но мы переберёмся и в другие места. Хотя бы на Марс.
Понравилась статья? Ставь палец вверх и подписывайся на мой канал — там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое. Читай меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и в Яндекс.Дзене ( Мир науки )!
Источник