База на Луне: доводы "за" и "против". Колония на Луне: реальное будущее или фантазии миллиардеров? Лунная колонизация

⁰

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.

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

Лунные электростанции

Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7/10. Рассматривается возможность производства большого объёма электроэнергии, равного 1 Вт. 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»

Внешние изображения
Проекты лунных баз
	Эскиз процесса возведения лунной базы по проекту, разработанному инженерами компании Дженерал электрик

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

К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых .

Европейский проект

Проблемы

Радиация

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 спрятаться 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.

Заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН Вячеслав Шуршаков в интервью СМИ сообщил, что во время миссий к Луне дозы радиации приемлемы. Согласно опубликованным данным по лунным экипажам США, десятидневная миссия эквивалентна полету на орбите Земли в течение 20 суток: общая доза составит примерно 12 мЗв. Исходя из сегодняшних знаний о космической радиации, специалисты ИМБП РАН допускают полет к Луне длительностью от нескольких недель до двух месяцев .

Лунная пыль

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 смертельной угрозой здоровью человека и может вызвать рак лёгких ).

Коммерческая составляющая

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 на данный момент (середина 2019 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР , строительство которого предполагается закончить к 2025 году. После этого последует порядка 20 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. [ ]

Такое положение вещей приводит к тому, что высказываются предложения (см. Роберт Зубрин «A Case for Mars») освоение космоса сразу начинать с Марса .

Фильмография

См. также

Примечания

Артур Кларк . Бросок на Луну
Лысенко М.П., Каттерфельд Г.Н., Мелуа А.И. О зональности грунтов на Луне // Изв. Всес.Геогр. Об-ва. - 1981. - Т. 113 . - С. 438-441 .
Академик Б. Е. Черток «Космонавтика в XXI веке» (неопр.) (недоступная ссылка) . Дата обращения 22 февраля 2009. Архивировано 25 февраля 2009 года.
Лунные полюса могут стать обсерваториями - ученый (неопр.) . РИА Новости (1 февраля 2012). Дата обращения 2 февраля 2012. Архивировано 31 мая 2012 года.
К 2015 году Россия создаст станцию на Луне , Kommersant.ru, 25.01.2006.
Christina Reed (Discovery World). The Fallout of a Helium-3 Crisis (неопр.) (19 февраля 2011). Архивировано 9 февраля 2012 года.
3D News. Колонизация Солнечной системы отменяется (неопр.) (4 марта 2007). Дата обращения 26 мая 2007.
Принесенные солнечным ветром (неопр.) . Эксперт (19 ноября 2007). Архивировано 9 февраля 2012 года.
Популярная механика. Лунная сенсация. (неопр.) . PopMech (25 сентября 2009).

От строительства электростанций и добычи лунных ресурсов до космического туризма и проблемы перенаселения.

В закладки

Полвека назад казалось, что недалек тот день, когда на Луну будут летать как на дачу. Сегодня на Луну не полетишь, даже если очень захотеть: нет подходящих ракет. Технологии шагнули вперед, а пилотируемая космонавтика - нет.

Российский астроном Владимир Сурдин как-то заметил: между покорением Южного полюса и основанием на нем первой базы прошло 45 лет, а в Марианскую впадину человек вернулся лишь спустя 52 года после первого погружения.

Последняя американская экспедиция на Луну в рамках программы «Аполлон» состоялась в 1972 году, то есть 45 лет назад. Если верить представленной аналогии, согласно которой между открытием труднодоступной точки и возможностью её полноценного изучения проходит примерно 50 лет, то ждать новых полетов на Луну стоит уже в ближайшее время.

Причем на этот раз человечество должно закрепиться на Луне более основательно, ведь у лунной колонии может быть и прагматичная цель, и коммерческая составляющая. Правительства смотрят на Луну как на источник ресурсов, бизнесмены - как на курорт для миллиардеров, ученые - как на космическую лабораторию, а романтики - как на первую остановку на пути расселения человечества в космосе.

Кто участвует в новой лунной гонке

Макет межпланетной станции «Луна-24»

В августе 1976 года советский аппарат «Луна-24» сел на лунную поверхность в районе моря Кризисов. Он пробурил двухметровую скважину, извлек образец лунного грунта и доставил его на Землю. Этот полет оказался последней миссией на Луну в 20 веке - следующая посадка на поверхность спутника Земли состоялась лишь через 37 лет, в 2013 году.

Осуществил её китайский аппарат «Чанъэ-3», доставив туда небольшой луноход. Миссия была частью обширной китайской лунной программы, следующий крупный этап которой запланирован на конец 2017 и начало 2018 годов. На этот раз китайцы планируют привезти на Землю собственные образцы грунта с обратной стороны Луны, где еще не садился ни один аппарат.

Китайский посадочный модуль «Чанъэ-3»

На начало 2018 года также запланирован запуск индийской лунной станции «Чандраян-2» - в её задачу входит посадка на Луну и запуск лунохода. Ни Индия, ни Китай пока не заявляли о конкретных планах пилотируемого полета на Луну в обозримой перспективе. Зато это сделала Япония, официально поставив перед собой задачу в партнёрстве с NASA отправить человека на Луну уже к 2030 году.

В самом американском агентстве от планов по скорейшему возвращению на Луну отказались ещё в 2011 году. Наиболее приоритетный проект для США - пилотируемый полет на Марс. Луна при этом может стать своеобразным перевалочным пунктом - на орбите вокруг неё можно разместить станцию, откуда будет стартовать межпланетный корабль.

На фоне такой мировой активности Россия также вернулась к задаче покорения земного спутника. К 2017 году российская лунная программа уже успела получить от государства солидное финансирование, затем частично его лишиться из-за кризиса и переориентироваться на более поздние сроки. Основные планы российской программы касаются отправки на Луну автоматических станций и доставки на Землю образцов лунного грунта в период с 2019 по 2024 годы.

Хорошо забытое старое

Для полета на Луну необходимы три основных компонента:

Тяжелая ракета, способная отправить груз к Луне.
Космический корабль для межпланетных путешествий.
Спускаемый лунный модуль.

В СССР так и не решили задачу отправки человека на Луну из-за неудачных испытаний тяжелой ракеты Н-1. Лунный модуль и космический корабль при этом успешно прошли испытания. Корабль назвали «Союз», и он до сих пор используется для доставки людей на МКС.

Космический корабль «Союз»

Распространённый вопрос: «Почему нельзя заново сделать то, на чем уже летали на Луну?». Ответ: можно, но это лишено смысла. Представьте, что вам нужно сделать автомобиль. Вряд ли вы пойдете искать чертежи модели пятидесятилетней давности - её создание обойдется дороже, а результат будет сомнительным. По этой же причине в 2017 году нет смысла воссоздавать ракету и корабль из 1960-х годов - технологии ушли далеко вперед, и сегодня можно добиться лучших результатов.

Новая российская лунная программа изначально строилась вокруг проекта тяжелой ракеты «Ангара-А5». Разработка линейки ракет «Ангара» на экологичном топливе (по сравнению с токсичным гептилом , на котором летают «Протоны») шла с начала 90-х годов, и за все это время «Ангара-А5» была испытана всего один раз - в 2014 году. В итоге из-за дороговизны ракеты от её эксплуатации было решено отказаться.

Ракета-носитель «Ангара-А5»

Внимание российских инженеров переключилось на советскую ракету «Зенит», которую создатель частной космической компании SpaceX Элон Маск как-то назвал «лучшей в мире, если не считать Falcon». «Зенит» была создана как разгонная ступень для тяжелой ракеты «Энергия», теперь же её планируют доработать и превратить в самостоятельную единицу под названием «Феникс».

У «Феникса» есть несколько преимуществ перед «Ангарой». Во-первых, её создание должно обойтись в два-три раза дешевле. Во-вторых, для «Ангары» необходимо строить отдельный стартовый стол на космодроме, «Феникс» же можно запускать как с Байконура, так и с «Морского старта» - плавучей платформы, позволяющей осуществлять запуск из океана. Это дает возможность стартовать точно с экватора, что придает ракете максимальное ускорение за счет вращения Земли.

В 2016 году обанкротившийся ранее «Морской старт» был приобретен авиакомпанией S7, которая одновременно с этим заказала 12 ракет типа «Зенит» у завода «Южмаш». Первый коммерческий старт с этой площадки запланирован уже на 2017 год.

Предполагается, что для запуска пилотируемого полета к Луне можно будет использовать несколько «Фениксов», объединенных в одну ракету-носитель. Нечто подобное пытаются реализовать и в SpaceX с ракетой Falcon Heavy, правда, её испытания откладываются уже в течение нескольких лет.

Окончательно от «Ангары» в Роскосмосе отказываться не стали - по последним данным, для неё всё же построят стартовый стол на космодроме «Восточный» с прицелом на будущие пилотируемые запуски.

Запуски к Луне должны начаться уже скоро. Первый российский автоматический лунный модуль должен отправиться к месту назначения в 2019 году в рамках миссии «Луна-25 Глоб». Предполагается, что миссия позволит отработать технологии мягкой посадки на территории Южного полюса Луны - перспективного района для основания колонии.

Уже много лет ведется разработка космического корабля нового поколения «Федерация» - он должен заменить «Союзы» и «Прогрессы» и доставить на Луну четырех российских космонавтов. Первые беспилотные запуски корабля намечены на 2021 год, а первый пилотируемый полет - на 2024 год.

Лидер по-прежнему США

В NASA тоже разрабатывают новый космический корабль под названием Orion. Его испытания были проведены в 2014 году, а первый пилотируемый полет может состояться уже в конце 2018 года - причем сразу к Луне.

Изначально на 2018 год был запланирован беспилотный полет «Ориона». Полет к Луне должен был стать испытанием и для корабля, и для тяжелой ракеты SLS, создаваемой американцами с прицелом на марсианскую экспедицию. Но с приходом администрации Дональда Трампа начались разговоры о том, что раз к Луне полетит уже готовая техника, почему бы не снабдить её экипажем.

Однако ни Falcon Heavy, ни SLS еще даже не прошли испытаний. Потенциально обе ракеты могут стать «чемпионами» современности по грузоподъемности, но заявления о пилотируемом запуске в 2018 году пока не выглядят реалистичными.

«Запасная» планета

Элон Маск не скрывает, что его главная мотивация в деле колонизации Марса - создание «резервной копии» человечества. Век развития цивилизации пришелся на достаточно спокойный период в истории Земли - не было резких изменений климата, падений крупных метеоритов, угрозы вулканической активности и прочих катастроф, которые в истории планеты случались регулярно.

Идея запасного дома не нова, и о ней всерьёз рассуждал ещё Циолковский. Вариантов не так много - это либо , либо Луна.

Подлунный мир

Поверхность Луны примерно равна сумме площадей трех крупнейших стран Земли - России, Канады и Китая. Луна в 81 раз легче Земли, а сила тяжести на ней меньше в шесть раз. Но по космическим масштабам Луна и Земля - тела примерно одного порядка. Иногда даже говорят, что они составляют двойную планетную систему.

Луна всего в полтора раза меньше Меркурия - такого соразмерного спутника больше нет ни у одной планеты в Солнечной системе (похожую систему составляют теперь уже бывшая планета Плутон и её спутник Харон, но они во много раз легче Земли и Луны).

Поверхность Луны не пригодна для жизни в первую очередь из-за трех факторов: перепады температур от –150 ºC до +120 ºC, космическая радиация и постоянная бомбардировка микрометеоритами. Землю от всего этого защищает атмосфера, которой у Луны нет - испаряющиеся под действием излучения Солнца с поверхности гелий, водород и другие газы очень сильно разрежены.

На поверхности Луны лежит толстый слой стертого в пыль реголита , по большей части состоящего из смеси стекла и песка. Теоретически его можно использовать для защиты от радиации и небольших метеоритов. Как и на Марсе, базу на Луне имеет смысл покрывать слоем грунта в несколько метров - это можно сделать, например, при помощи управляемого взрыва, как предполагалось в проекте советской лунной базы «Звезда».

Из-за воздействия солнечного ультрафиолета пыль на Луне наэлектризована и особенно опасна для здоровья и электроники. В отличие от частичек земной пыли, которые сглаживаются эрозией, лунные пылинки имеют остроконечную форму. К концу третьих суток американских лунных экспедиций перчатки скафандров астронавтов стирались пылью почти до дыр.

Избавиться от всех этих проблем можно под поверхностью Луны, но создание такой «подлунной» базы потребует больших затрат энергии. Есть и совсем экзотические предложения - например, бурить в толще Луны многокилометровые тоннели, превращая их в целые ландшафты земного типа с искусственным освещением.

Застывшие базальтовые лавы Луны настолько прочны, что широкие тоннели не потребуют никаких укреплений, а плотность пород позволит заполнять их кислородом, не боясь, что он сразу же весь утечет. Для создания в них обитаемых условий нужно будет раздобыть воду, кислород и энергию.

Лунные колодцы

Миссия «Луны-24» оказалось не только последней в 20 веке, но и чрезвычайно полезной - в привезенной ей образцах грунта советские ученые нашли небольшое содержание воды. В начале 21 века американский орбитальный зонд LRO с помощью российского детектора обнаружил в полярных зонах Луны грунт с концентрацией воды не менее 3%. Стоимость гипотетических миссий сразу снизилась благодаря возможности не брать с собой запасы жидкости.

Но добывать воду на Луне будет непросто - при температуре –150 ºC водяной лед становится прочнее стали. Существует мнение, что в будущем проще и дешевле окажется транспортировать на Луну пролетающие мимо ледяные кометы, используя миниатюрные реактивные двигатели.

Электростанция на аутсорсе

Единственный доступный источник энергии на Луне - это Солнце. Из-за отсутствия атмосферы солнечные батареи на Луне могут вырабатывать в шесть-восемь раз больше энергии, чем на поверхности Земли. Отсутствие погодных условий делает выработку стабильной во времени.

Существуют целые проекты превращения Луны в огромную электростанцию. Если построить вокруг лунного экватора пояс из солнечных батарей, то он смог бы вырабатывать энергию круглосуточно. С помощью направленного СВЧ-излучения её можно было бы передавать на Землю.

Строительством таких сооружений могут заниматься роботы, причем большую часть необходимых для этого материалов можно добывать на месте. Впрочем, подобные проекты пока относятся скорее к области фантастики.

Из моих интервью с космологами, представителями отрасли и футурологами стало известно, что существует неофициальный план, который медленно формируется для колонизации Луны. Во-первых, частные космические компании ищут способы снизить расходы на запуск. Прямо сейчас, как говорит SpaceX, каждый запуск ракеты Falcon 9 обходится ей в 62 миллиона долларов, а более мощной Falcon Heavy - 90 миллионов долларов. Спутниковые компании и другие хотят получать нечто вроде оптовой скидки, заказывая полеты в космос. SpaceX доставляет еду и припасы на Международную космическую станцию, в надежде начать отвозить астронавтов к концу 2019 года.

Затем появятся летающие и орбитальные платформы. Китайцы планируют запустить орбитальную космическую станцию к 2020 году, в то время как NASA обратилось к частным компаниям с предложением разработать лунную орбитальную платформу-шлюз возле Луны к 2022 году. Она может стать стартовой площадкой NASA для будущих экспедиций и поселений, как на Луне, так и на Марсе.

В то же время, частные фирмы вроде Moon Express, равно как и Китайское, Индийское и Европейское космические агентства двигаются вперед с роботизированными посадочными модулями и роверами. Конечным шагом, говорят сторонники, будет постоянное присутствие людей на поверхности Луны. Возможно, сперва появится правительственная база, а затем и частный отель на Луне.

Вовлеченность NASA в лунные планы - это ключ к тому, чтобы позволить частным компаниям строиться на поверхности Луны, говорит Крис Левики, CEO Planetary Resources, редмондского стартапа, который планирует разрабатывать астероиды ради ракетного топлива и воды.

«Правительственные программы - это главные арендаторы в торговом центре», говорит Левики о NASA и будущей лунной базе. «Без крупных арендаторов мелкий бизнес не проживет. Без NASA было бы слишком тяжело делать это самостоятельно».

Некоторые утверждают, что все это может произойти в следующие 10 лет. Другие говорят, что пройдет по меньшей мере 20 лет, прежде чем будут разработаны технологии рутинных лунных запусков и стоимость станет достаточно низкой, чтобы породить потребительский спрос.

И хотя кажется, будто все развивается очень медленно, один из лунных экспертов уподобляет это созданию колоний Нового Света, которое не проходит за одну ночь. «Есть задержка между открытием, исследованием и эксплуатацией», говорит Джеймс У. Хед, планетолог Университета Брауна, который начал свою карьеру в NASA, выбирая места высадок на Луну для миссий «Аполлона».

С чего начать?

Сторонники колонизации Луны считают, что лунная база позволит нам лучше понять, как достичь дальних пределов Солнечной системы. Кроме того, будет весело посетить Луну хотя бы разок в жизни. Кроме того, Луна намного ближе Марса - до нее можно добраться за три дня, а не за девять месяцев - поэтому туда полетит больше людей.

Кроме того, на Луне можно добывать ценные ресурсы.

Некоторые исследователи из Китая и Европы полагают, что на ее поверхности содержатся большие запасы гелия-3, редкого элемента, который можно использовать в качестве будущего источника энергии для заправки ракет, отправляющихся с Земли дальше в космос. (Недостатком является то, что переработка гелия-3 во что-то полезное требует огромного количества энергии). Также в полярных регионах Луны есть замороженная вода: расщепите ее на водород и кислород при помощи электролиза и получите пригодный для дыхания воздух - еще один источник ракетного топлива. Возможно, это будет нескоро, но руководители европейской и китайской лунных программ уже заявили, что намерены исследовать эти варианты в будущих лунных миссиях.

Есть и другая хорошая причина для создания колоний: наше выживание. Джеймс Хед вспоминает, что ему часто говорил командир «Аполлона» Джон Янг, который летал в космос во время программ «Джемини», «Аполлона» и шаттлов, когда его спрашивали, нужно ли людям возвращаться на Луну: «Вид с одной планетой не выживет. Покинуть планету - неплохая стратегия выживания. Рано или поздна она будет единственной мотивацией создавать базы на Луне».

Как будет работать лунная экономика?

Чтобы лунная база работала, ей необходима экономическая основа. Среди США уже назревает экономика «низкой околоземной орбиты» (НОО, если коротко), среди тех, которые выводят спутники в космос, обслуживают их и готовятся строить места для людей, которые будут жить и работать на орбите Земли.

Экономика НОО растет. С 2000 года более 180 стартапов привлекли более 18,4 миллиарда инвестиций, если верить отчету Bryce Space and Technology за май 2018 года. SpaceX стоимостью 28 миллиардов долларов - настоящий гигант коммерческой космической отрасли, и глава корпорации Илон Маск хочет все и сразу: запустить констелляцию спутников на НОО, отправить людей к Луне и основать базу на Марсе.

У Маска есть история сорванных сроков. Будь то поставки Tesla Model 3 или его амбициозные планы на космос. Но частота запуска ракет SpaceX - 28 с начала 2017 года - сделала его компанию одной из самых успешных космических компаний в мире.

Также выяснилось, что используя многоразовые ракеты SpaceX может здорово снизить стоимость запуска. Это может открыть дверь к новому набору стоянок в нуль-гравитации вокруг Земли и, возможно, Луны. Эти частные заправочные станции в конечном итоге могут заменить Международную космическую станцию - миссию длиной в 20 лет и стоимостью в 100 миллиардов долларов, которая уже вот-вот должна завершиться.

Переход от НОО-экономики к лунной экономике - вполне реальный сценарий, считает Джеффри Манбер, CEO Nanoracks, хьюстонской компании, которая руководит собственной космической лабораторией на МКС и запускает 10-дюймовые кубсаты для коммерческих и университетских клиентов с МКС.

«Через пять лет на НОО будут отели, а через десять вы увидите растущую инфраструктуру», говорит Манбер. «По всему фронтиру будут разбросаны отели со складами, заправками, коммерческими модулями или лунными колониями».

Называйте Манбера сумасшедшим, но многое из того, о чем он говорит, уже происходит. Bigelow Aerospace, стартап космических технологий, построил надувной рабочий модуль для астронавтов на космической станции в 2016 году и планирует вывести на орбиту Луны еще один к 2022 году. Компания принадлежит Роберту Бигелоу, миллиардеру-основателю, который верит в то, что НЛО посещали Землю. Бигелоу - один из нескольких миллиардеров, которые участвуют в гонке за Луну, среди Джеффа Безоса и его Blue Origin, Маска и его SpaceX, Ричарда Брэнсона и его .

Их толстые кошельки и свобода от необходимости сдавать квартальный отчет по доходам помогают продвигать технологии вперед семимильными шагами. Они строят ракеты, которые могут доставить Bigelow и Nanoracks на Луну. Только NASA в эпоху «Аполлона» могло жечь столько же топлива, сколько Безос, который недавно завявил, что продает акции Amazon на миллиард долларов в год, чтобы поддерживать работу Blue Origin.

Blue Origin разрабатывает посадочный модуль Blue Moon, который сможет переносить груз на лунную поверхность для будущей базы, и ракету New Glenn, которая прошла успешные испытания в июле.

Насколько реалистичны планы по созданию колоний?

Экономика запуска ракет может стать переломным моментом в развитии всего этого, считает писатель Энди Уир. Он написал «Марсианина», научно-фантастический роман об астронавте, попавшем на Марсе, который в итоге был экранизирован Мэттом Деймоном. В качестве продолжения Уир написал «Артемиду» о лунной колонии. По плану Уира, «Артемида» будет построена в 2080-х годах. Он также считает, что реальная лунная база тоже возможна.

«Чтобы наше будущее стало хайнлайновским», говорит он, ссылаясь на классика научной фантастики 50-х Роберта Хайнлайна, «нужно найти дешевый способ покинуть земную гравитацию; как только вы это сделаете, придет и остальное».

Уир подсчитал, что нужно, чтобы отправить туристов и туристок на лунный отдых за 70 000 долларов. Его приблизительная оценка заключается в том, что стоимость запуска ракеты должна снизиться с 4635 долларов США за килограмм до 35 долларов США за килограмм. Это существенное снижение, но, возможно, пройдет не так много времени, прежде чем цифры сойдутся.

Как только эта проблема решится, считает Уир, природных ресурсов Луны хватит на то, чтобы построить город.

«Даже в мире, в котором вы снизили цену НОО, вам нужно использовать ресурсы на месте», говорит Уир. «Первопроходцы не брали с собой паллеты с древесиной, чтобы строить свои дома». Уир говорит, что Луна чрезвычайно богата тем, что вам нужно, чтобы строить лунную базу - например, анортитовым камнем, который покрывает обширные районы поверхности Луны, потому что его можно разделить на алюминий, кислород, кальций и кремний (используется в стекле).

Но после всех своих исследований Уир понял, что морское дно, полярные районы Земли и Сахару легче колонизировать, чем Луну. Он отмечает, что нужно брать с собой кислород для дыхания, защиту от космического излучения и воду с едой.

«Проблема в том, что никто не хочет посылать людей на Луну», говорит Уир. «Все хотят посылать роботов. Люди мягкие и умирают. Роботы прочные и… тоже умирают, но всем плевать».

Китай уже работает над этим. Китай планирует запустить посадочный аппарат и ровер в декабре на дальнюю сторону Луны. Лидеры страны также говорили о том, чтобы поставить космонавтов на Луну к 2036 году, а Белый дом требует, что NASA вернулось на Луну.

Хед, планетолог, работающий с китайцами, верит, что китайское правительство обеспечит подобное технологическое предприятие любыми ресурсами. Китайская космическая программа не остановится из-за нехватки средств, как американская. Для Китая поставить людей на Луну - главная задача.

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.

Гелий-3 в планах освоения Луны

Вода

Практические шаги

Лунные базы в первой «Лунной гонке»

Lunar Oasis

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.