Громкое заявление вице-премьера Дмитрия Рогозина о намерении России колонизировать Луну, сделанное им в День космонавтики, как оказалось, имеет под собой проработанную платформу. В распоряжении «Известий» оказался проект Концепции российской лунной программы, подготовленной РАН, предприятиями Роскосмоса и МГУ. Цель данной программы - создать к середине века обитаемую базу на Луне и лунный полигон с возможностью добычи на спутнике Земли полезных ископаемых. Кроме того, авторы проекта не исключают привлечении к лунным проектам частных инвесторов. Первые экспедиции с высадкой космонавтов для создания постоянной лунной базы планируется осуществить в 2030 году.
В подготовке предложений в концепцию участвовали Институт космических исследований РАН (в том числе глава этой организации академик РАН Лев Зеленый), ЦНИИмаш, «НПО имени Лавочкина», РКК «Энергия», НИИ ядерной физики МГУ, Государственный астрономический институт имени Штернберга МГУ.
В самом начале проекта разработчики делают громкое заявление: «Луна является космическим объектом будущего освоения земной цивилизацией, и в XXI веке может начаться геополитическая конкуренция за лунные природные ресурсы». Следовательно, в России должен создаваться арсенал необходимых средств дальней космонавтики для обеспечения национальных интересов в освоении Луны, продолжают авторы концепции.
Аксиомой предыдущих проектов, касающихся не только освоения, но даже просто экспедиций посещения Луны, была широкая международная кооперация. Эта вводная основывалась на том, что в одиночку ни одно государство мира в обозримой перспективе не может себе позволить межпланетных проектов. Эта посылка присутствует и в новой концепции, но с оговоркой: «Должна быть обеспечена независимость национальной лунной программы от условий и объема участия в ней иностранных партнеров».
По замыслу авторов, лунная программа должна планироваться таким образом, чтобы каждые 3–4 года в стране реализовывался очередной лунный проект, олицетворяющий приоритетные научные и технические космические достижения России.
Осуществленные ранее экспедиции на Луну (советский проект «Луна» и американский «Аполлон») дали возможность установить, что в веществе Луны присутствуют алюминий, железо, титан, редкие земли и многие другие элементы таблицы Менделеева. «После того как геологические исследования Луны предоставят достоверные научные знания о распространенности полезных ископаемых, о степени содержания в них тех или иных элементов, будут составлено технико-экономическое обоснование целесообразности их добычи, переработки и доставки на Землю», - пишут авторы концепции, отмечая, что вслед за составлением технико-экономического обоснования можно будет ставить вопрос о привлечении на Луну частных инвесторов.
Осваивать Луну нужно динамично, утверждают авторы, поскольку «в ближайшие 20–30 лет ведущие космические державы будут разведывать и закреплять за собой удобные лунные плацдармы для обеспечения будущих возможностей практического использования». Плацдармы будут использоваться для геологической разведки лунных недр, для опытов по использованию реголита (лунного грунта), в том числе содержащихся в нем водорода и кислорода, для строительства лунной космической инфраструктуры и обеспечения в ней среды обитания человека. Первые плацдармы людей на Луне будут располагаться в окрестности полюсов, предполагают авторы. «На полюсах солнечные лучи направлены практически по касательной к поверхности. Вследствие этого полярные горы могут быть районами постоянного освещения, а полярные низменности - районами постоянного затенения», - говорится в документе.
Первый этап, предлагаемый к включению в Федеральную космическую программу (ФКП) 2016–2025 годов, предполагает отправку на спутник Земли автоматических межпланетных станций «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28». Задачи этих аппаратов - определение состава и физико-химических свойств лунного полярного реголита с водяным льдом и другими летучими соединениями, выбор наиболее перспективного района в области Южного полюса Луны для будущего развертывания там полигона и лунной базы.
Второй этап, запланированный на 2028–2030 годы, включает пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на ее поверхность. В этих целях в РКК «Энергия» уже создается транспортный пилотируемый корабль.
Третий этап, запланированный на 2030–2040 годы, включает в себя экспедиции посещения космонавтами потенциального района размещения лунного полигона и развертывание первых элементов инфраструктуры из лунного вещества. Предлагается начать строить элементы лунной астрономической обсерватории, а также объектов для мониторинга Земли.
Стоимость описанных проектов просчитана не полностью. Ясность присутствует только в отношении первого этапа, предлагаемого в ФКП 2016–2025 годов: это порядка 28,5 млрд рублей. Ранее была представлена смета строительства нового пилотируемого корабля для лунных миссий: это 160 млрд рублей в ценах 2012 года (кроме корабля сумма включает в себя ракетный блок аварийного спасения, сборочно-защитный блок, комплекс наземных средств, в том числе комплекс средств подготовки и пуска).
Луна - это первый шаг на пути в дальний космос, - говорит научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев. - Поэтому имеет смысл использовать Луну как перспективный космодром. Потому что таскать грузы с Земли в космос очень накладно. Например, у ракеты «Протон» стартовая масса 700 т, а на низкую околоземную орбиту он выводит всего 20 т. В итоге теряются металл, аппаратура. Если же брать какие-то материалы с Луны, где для этого создать инфраструктуру, получится куда более выгодно, в том числе если запускать с Луны спутники Земли. Но создание такой инфраструктуры там возможно, по-видимому только к концу века. Что касается добычи на Луне ресурсов, то возить их на Землю смысла нет: даже если там найдут алмазы, их всё равно нерентабельно будет сюда доставлять. Но в любом случае можно начать с выделения кислорода, он на Луне присутствует во многих соединениях.
По мнению Андрея Ионина, члена-корреспондента российской Академии космонавтики, такие масштабные проекты, как колонизация Луны или Марса, вряд ли будут осуществляться за государственный счет.
Освоение планет людьми будет прерогативой частных компаний, - считает он. - Уже сейчас много таких проектов: они предусматривают колонизацию Марса, добычу полезных ископаемых на астероидах и тому подобные инициативы. Сложно представить, что какое-то правительство готово будет тратить триллионы на создание лунных баз, притом что у них масса других, более насущных задач: медицина, образование, армия... Ну кто сейчас, будучи в здравом уме, возьмет и заявит: на социальные программы денег нет, а на лунную базу есть - будем там добывать полезные ископаемые... Это нереально.
В Роскосмосе пояснили, что предложения в Федеральную космическую программу будут проходить всестороннюю экспертизу на уровне отраслевых экспертов и ученых, после чего проект ФКП будет передан на рассмотрение в правительство.
Колонизация Луны - заселение Луны человеком, являющееся предметом как фантастических произведений, так и реальных планов по строительству на Луне обитаемых баз.
Статья займет у вас 10 минут времени.
Бурное развитие космической техники позволяет думать, что колонизация космоса - вполне достижимая и оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта, 380 000 км) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские программы «Луна» и «Луноход», а несколько позже и американская программа «Аполлон» продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов, необходимых для поддержания жизнеобеспечения.
Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется исключительно привлекательным объектом для колонизации. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля - Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.
Терраформированная Луна, вид с Земли
Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами - железом, алюминием, титаном; кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3 , который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита; найдены залежи водяного льда.
Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, металлургии, металлообработки и материаловедения. Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств .
Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма, который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.
Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе.
Директор Института космических исследований РАН Лев Зелёный считает, что приполярные области Луны можно использовать для размещения российской или международной научной базы.
Гелий-3 в планах освоения Луны
В январе 2006 года Николай Севастьянов, бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия», официально объявил, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия-3 путем переработки лунного реголита. «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году (не успели), а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа - гелия-3». Летать к Луне будет многоразовый корабль «Клипер», а помогать ему в строительстве Лунной базы начнёт межорбитальный буксир «Паром». Однако, данные «официального заявления» остались на совести Н. Н. Севастьянова, поскольку Россия не признаёт существования у неё лунной программы наподобие американской. О других источниках финансирования также пока ничего не известно.
Присутствие гелия-3 в лунных минералах представители американского Национального агентства по космонавтике и аэронавтике США (NASA) также считают серьёзным поводом к освоению спутника. При этом первый полёт туда NASA планирует осуществить не раньше 2018 года. Китай и Япония также запланировали создание лунных баз, но это, скорее всего, произойдёт в 2020-х годах.
Создание станции - не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 - это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа, а на Луне его - миллионы килограммов (по минимальным оценкам - 500 тысяч тонн). Гелий-3 нужен в ядерной энергетике - для запуска термоядерной реакции.
Учёные считают, что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах. Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года , по подсчётам учёных Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях.
При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.
Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы. Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым, выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.
На поверхности Луны (миссии Дип Импакт (КА), Кассини (КА), Чандраян-1) и под её поверхностью (миссия LCROSS) в районе полюсов обнаружена вода в виде льда, количество которого сильно зависит от освещенности Солнцем. Наличие воды очень важно для потенциальной лунной базы.
Лунные электростанции
Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7/10. Рассматривается возможность производства большого объёма электроэнергии, равного 1 ПВт. При этом стоимость лунного комплекса оценивается примерно в 200 трлн долл. США. В то же время стоимость производства сравнимого объёма электроэнергии наземными солнечными станциями - 8000 трлн долл. США, наземными термоядерными реакторами - 3300 трлн долл. США, наземными угольными станциями - 1500 трлн долл. США.
Практические шаги
Лунные базы в первой «Лунной гонке»
В ходе первой «лунной гонки» 1960-х годов (а также чуть ранее и позже) две космические сверхдержавы - США и СССР - имели планы сооружения лунных баз, которые не были реализованы.
В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon), а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна.
В первой половине 1970-х гг. под рук. академика В.П. Бармина московскими и ленинградскими учеными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А.И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей, был разработан проект лунной базы СССР «Звезда», который должен был быть реализован в 1970-х-1980-х гг. как развитие советской лунной программы, свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США.
В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и небезынтересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.
Авторы называют стоимость проекта равным четырём программам «Аполлон», а это примерно $550 млрд в ценах 2011 года. Учитывая, что время реализации программы предполагалось весьма значительным (10 лет), ежегодные расходы на неё составили бы около $50 млрд. Для сравнения можно указать на то, что в 2011 году затраты на содержание американских войск в Афганистане достигли $6,7 млрд в месяц, или $80 млрд в год.
Российская лунная программа XXI века
В 2007 году Россия объявила о возможности в случае финансирования как собственной или международной программы организации полётов на Луну с 2025 года и дальнейшем создании на ней базы.
В 2014 году стало известно о проекте концепции российской лунной программы, в которой предложены три этапа:
1 этап 2016-2025 годов.
Предполагает отправку на Луну автоматических межпланетных станций «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28». Они должны будут определить состав и физико-химические свойства лунного полярного реголита с водяным льдом и другими летучими соединениями. Кроме того, задачей аппаратов станет выбор наиболее перспективного района в области Южного полюса Луны для будущего развёртывания там полигона и лунной базы.
2 этап 2028-2030 годов.
Включает пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на её поверхность.
3 этап 2030-2040 годов.
Включает высадку космонавтов в районе потенциального размещения лунного полигона и развёртывание первых элементов инфраструктуры из лунного вещества. В частности, предлагается начать строить элементы лунной астрономической обсерватории, а также объектов для мониторинга Земли.
К 2050 году
планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых.
Проблемы
Длительное присутствие человека на Луне будет требовать решения ряда проблем. Так, атмосфера Земли и магнитное поле задерживает бо́льшую часть солнечной радиации. В атмосфере также сгорает множество микрометеоритов. На Луне без решения радиационной и метеоритной проблем невозможно создание условий для нормальной колонизации. Во время солнечных вспышек создаётся поток протонов и других частиц, способных представлять угрозу для космонавтов. Однако эти частицы обладают не слишком большой проникающей способностью, и защита от них является решаемой проблемой. Кроме того, данные частицы обладают низкой скоростью, а значит, есть время для того чтобы укрыться в антирадиационные укрытия. Гораздо большую проблему представляет жёсткое рентгеновское излучение. Расчёты показали, что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10 % получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грея). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.
Отдельную проблему представляет лунная пыль. Лунная пыль состоит из острых частиц (поскольку нет сглаживающего влияния эрозии), а также обладает электростатическим зарядом. В результате лунная пыль проникает везде и, обладая абразивным действием, уменьшает срок работы механизмов. А попадая в лёгкие, становится угрозой здоровью человека.
Коммерциализация также не очевидна. Необходимость в больших количествах гелия-3 пока отсутствует. Наука ещё не смогла достичь контроля над термоядерной реакцией. Самым многообещающим проектом в этом отношении является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР, строительство которого предполагается закончить в 2018 году. После этого последует порядка двадцати лет экспериментов. Промышленное использование термоядерного синтеза ожидается не ранее 2050 года по самым оптимистическим прогнозам. В связи с этим, до этого времени добыча гелия-3 не будет представлять промышленного интереса. Космический туризм также нельзя назвать движущей силой освоения Луны, поскольку требуемые на данном этапе вложения не смогут окупиться в разумное время за счёт туризма, что показывает опыт космического туризма на МКС, доходы от которого не покрывают и малой доли затрат на содержание станции.
Данное положение вещей приводит к тому, что высказываются предложения (см. Роберт Забрин «A Case for Mars») освоение космоса сразу начинать с Марса. Об этом можете почитать в другой статье — =)
Информация отобрана с Википедии.
0:29 20/02/20170 👁 2 909
В 1961 году Нью-Йорк Таймс заметили: «Настолько быстры успехи в технологиях полёта, что жизнь человека, родившегося в 1900 году может охватывать промежуток от начала авиации в 1903 году до начала исследования Солнечной системы». Легко понять, почему лунная колония казалась настолько достижимой во времена космической гонки. И хотя она до сих пор не воплотилась, мысли о колониях на Луне никогда полностью не оставляли наши фантазии. Сегодня лунные базы постоянно появляются в планах, будь то сами базы, или испытательные конструкции для моделирования деятельности на других космических телах. Вот пять больших планов (и несколько других идей по колонизации Луны).
- Далёкие планы Китая
Когда Китайское национальное космическое управление посадило луноход в 2013 году, США отследили это при помощи «Lunar Reconnaissance Orbiter» просто для уверенности, что в Пекине говорили правду (так и было). Китай также ранее вывел на орбиту космические аппараты для картографирования Луны, а его долгосрочные лунные планы содержат миссию с возвратом образца. В 2014 году государственная газета Китая сообщила, что лунная колония находится в разработке, ссылаясь на Чжана Юхуа, заместителя главного конструктора лунной миссии Чанъэ-3. «В дополнение к лунной технологии посадки с людьми, мы также работаем по теме строительства лунной базы, которая будет использоваться для развития новых технологий энергетики и распространения жизни в космосе», - сказал Чжан. Китай стремится провести мягкую посадку на обратной стороне Луны к 2019 – то, чего не делали даже Соединённые Штаты.
- Российская теплица и лабораторно-жилой модуль
В 1960-е годы у Советского Союза были некоторые подвижки по проектированию лунной базы, и он имел все шансы на успех. В конце концов, большую часть космической гонки они обгоняли американскую космическую программу. Сначала был Спутник-I - первый искусственный аппарат на орбите Земли. Собака Лайка была первым животным на орбите Земли. Луна-1 был первым космическим аппаратом на орбите Солнца. Затем Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе и первым на орбите Земли. Первой женщиной в космосе была Валентина Терешкова. Первая мягкая посадка на Луну? Луна-9. Первое возвращение образца? Луна-16.
В советском проекте «Галактика» разработали несколько базовых лунных конфигураций. Среди рассмотренных источников энергии были ядерный и солнечный. Воздух для дыхания на базе можно получать в теплице, которая является ещё и зоной отдыха экипажа. Вода, отходы и воздух будут перерабатываться. База должна была быть построена в три этапа, с экипажем из 8 - 12 человек, живущих там до одного года. Более позднее предложение, «Звезда», должна была состоять из трёх фаз строительства с шестью запусками в общей сложности. Среди объектов и возможностей базы: два лабораторно-жилых модуля и лабораторного-производственный (который включал биотехнологии, физику и технологические лаборатории, и установки производства кислорода). «Звезда» могла вместить шесть человек. В конечном счете, это предложение было заброшено, когда США не стали хлопотать о своей собственной лунной базе. Сегодня лунные устремления России полагаются в партнерстве с Китаем.
- Передвижная база НАСА на солнечной энергии, среди прочего
Американская космическая программа знает Луну лучше всего. Только 12 человек ходили по Луне, и все они были астронавтами НАСА. Их след ещё можно наблюдать с «Lunar Reconnaissance Orbiter», и есть автомобиль, что там ждет. США впервые задумались о колонизации Луны в 1950-е годы с проектом «Horizon», в котором предполагалось разместить там 12 солдат и наблюдать за Землёй, исследовать Луну, заниматься лунной наукой, а также выполнять «военные операции на Луне, если потребуется».
В 2004 году Белый дом хотел возвращения на Луну к 2020 г. В программе «Созвездие» должны были быть ракета, автомобиль и спускаемый аппарат. Это был, по сути дела, усиленный «Аполлон». Согласно программе планировалась передвижная лунная база на солнечной энергии с герметичными дюнными багги для астронавтов, чтобы ездить без нужды в скафандре. Имея всё на колесах, астронавты смогли бы исследовать Луну в так называемом «режиме супервылазки». Базовая идея умерла вместе с «Созвездием» в 2009 году.
Хотя НАСА не имеет текущих планов по строительству лунной колонии, на его сайте есть прочное обоснование такого проекта. Лунная база позволит НАСА «испытывать технологии, системы, выполнение стадий полетов, а также методы исследований в целях снижения рисков и повышения производительности будущих миссий на Марс и дальше». Недавнее исследование показало, что такая база будет на 90 процентов дешевле, чем считалось ранее. Астронавтам нужно что-то делать, поскольку неясная миссия по перенаправлению астероида была наконец отменена. Подразделение НАСА по человеческим исследованиям и операциям планирует пилотируемый полет на Марс на середину 2030-х годов, но это слишком долго, и астронавты могут остыть к этому.
- 3D-печатные норы хоббитов европейского космического агентства
По мере того как Международная космическая станция приближается к своему концу, правительства ищут, что стоит делать дальше. Луна уже созрела. «Представляется целесообразным предложить постоянную лунную станцию в качестве преемника МКС», - сказал Иоганн-Дитрих Вернер, генеральный директор ЕКА. План лунной базы ЕКА предусматривает автономного робота, который сядет на Луне и приступит к работе по созданию жилых помещений в стиле Command&Conquer. Машина запустит свою «принтерную форсунку» под реголит Луны, и смешивать оксид магния с лунным грунтом для создания строительного материала. Связывающая соль упрочнит материал до состояния камня. В результате будет напечатанная и подвинутая вверх среда обитания, своего рода лунные норы хоббитов. Эту среду можно подготовить за 3 месяца.
- Частный модуль «BEAM»
Луна также интересна в качестве места для небесного шахтёрского города. За миллиарды лет, солнечный ветер оставлял Гелий-3 на Луне. Это идеальное, нерадиоактивное топливо для реакторов термоядерного синтеза. В 2013 году НАСА попросило «Bigelow Aerospace» начать прощупывание интереса частного сектора к выполнению работ за пределами околоземной орбиты. «Bigelow» будет ключевым игроком в таком предприятии, как это уже случилось в деле создания космических обитаемых модулей. (Расширяемый модуль «Bigelow» уже отправлен на МКС). Проект ещё дальше, чем можно бы думать. «Bigelow» разработал конструкцию такой колонии и способ строительства. В 2014 году НАСА запросило предложения по системам перевозки грузов и посадки. Теперь это только вопрос снижения затрат до уровня с нужным гарантированным возвратом инвестиций.
Существующие планы по строительству на Луне обитаемых баз иногда считаются предварительным этапом заселения, но постоянное и автономное пребывание человека - на порядки более сложная задача.
Энциклопедичный YouTube
1 / 2
✪ Освоение Луны (рассказывает Сергей Лемешевский)
✪ Колонизация Луны (рассказывает астроном Александр Багров)
Субтитры
Фантастика
Постоянное обитание человека на другом небесном теле (за пределами Земли) уже давно является постоянной темой в научной фантастике .
Реальность
Замедлившееся развитие космической техники после 1970-х годов не позволяет думать, что колонизация космоса - легко достижимая и во всех случаях оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские и американские программы исследования Луны продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов [ ] , необходимых для поддержания жизнеобеспечения.
Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется первичным объектом для основания базы. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии , астрономии , космологии , космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы , системы Земля - Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории , оснащённые оптическими и радиотелескопами , способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.
Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами - железом , алюминием , титаном ; кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите , накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3 , который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов . В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита; найдены залежи водяного льда.
Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники , металлургии , металлообработки и материаловедения . Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств.
Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма , который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений . Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.
Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе .
Гелий-3 в планах освоения Луны
Создание станции - не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 - это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа , необходимый в ядерной энергетике для запуска термоядерной реакции . На Луне его количество оценивается в тысячи тонн (по минимальным оценкам - 500 тысяч тонн ). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, а в газообразном виде примерно в 1000 раз меньше, следовательно, 1 килограмм стоит более 20 миллионов долларов, а весь гелий - более 10 квадриллионов долларов (около 500 нынешних ВВП США).
При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов , и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.
Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий +тритий , при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы (см. ITER). Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым , выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода , металлургия , создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ , межпланетных станций и пилотируемых кораблей.
Вода
Практические шаги
Лунные базы в первой «Лунной гонке»
В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon) , а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна .
В первой половине 1970-х гг. под рук. академика В. П. Бармина московскими и ленинградскими учёными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А. И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей , был разработан проект лунной базы СССР «Звезда» , который должен был быть реализован в 1970-х-1980-х гг. как развитие советской лунной программы , свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США.
Lunar Oasis
В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и интересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.
Авторы называют стоимость проекта равным четырём программам «Аполлон», а это примерно $550 млрд в ценах 2011 года. Учитывая, что время реализации программы предполагалось весьма значительным (10 лет), ежегодные расходы на неё составили бы около $50 млрд. Для сравнения можно указать на то, что в 2011 году затраты на содержание американских войск в Афганистане достигли $6,7 млрд в месяц, или $80 млрд в год.
Лунные базы в «Лунной гонке» XXI века
Японское агентство по космическим исследованиям планировало к 2030 году ввести в строй обитаемую станцию на Луне - на пять лет позже предполагавшихся ранее сроков. В 2007 году космической станцией «Кагуя » Япония начала орбитальные исследования Луны. В марте 2010 года Япония решила отказаться от пилотируемой лунной программы из-за её чрезмерной затратности в пользу роботизированных поселений.
Индия в 2008 году послала к Луне первую АМС «Чандраян-1 » с целью трёхмерного топографирования и радиозондирования для составления карты химических элементов поверхности в поисках металлов, воды и гелия-3.
Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи - и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний.
Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.
Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2015 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.
Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот Луна совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа - больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.
Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.
На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.
Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.
Тепловая защита
Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий «Луна», были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.
Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.
Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний - закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.
Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, - говорит Волкер. - Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».
Врезать или накрыть?
Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.
Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.
Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.
Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.
Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.
Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.
Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.
А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи - вроде литий-ионных - при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.
Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике - 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.
Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.
