Глава 22. Освоение Луны
Возникает вопрос о защите герметичных помещений от метеоров и от большого перепада температур на поверхности Луны в дневное и в ночное время. Можно, конечно, использовать и меры, обычные для орбитальных космических аппаратов, – экраны и экранно-вакуумную изоляцию. Но на Луне, наверное, будет естественнее и эффективнее использовать заглубление в грунт и засыпку сверху помещений станции тем же грунтом. Перед засыпкой должны быть закончены все монтажи конструкции, магистрали, канализация, кабельная сеть и т. п. Невозможно везти с Земли гигантские конструкции помещений станции. Логично везти листовой, раскроенный заранее материал оболочек и «полуфабрикаты» в виде частей больших шпангоутов, люков, переходников и уже на подготовленном месте монтажа конструкции базы вести сварочные работы, как правило, с помощью роботов-автоматов
К. П. Феоктистов.
Лунная база
Тайна появления нашего ночного светила до сих пор не дает покоя планетологам. В самом популярном сценарии где-то около четырех миллиардов лет назад по юной Земле ударила неизвестная планета размером с Марс или даже больше. Из осколков этого столкновения и могла возникнуть Луна. Дебаты по этому поводу идут уже очень давно, и на роль партнера в этом колоссальном планетарном «краш-тесте» выдвигалась и Венера, и Меркурий, и фантастические планеты вроде Нибиру с Фаэтоном.
Хотя размеры, скорость и маршрут движения этого загадочного небесного тела пока неизвестны, астрономы уже назвали его Тейя. Наверное, оно двигалось все же сравнительно медленно, иначе на земной орбите просто возник бы еще один пояс астероидов. Такое столкновение резко увеличило температуру обоих тел, и в результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков и сформировалась Луна.
Из этого следует, что по своему химическому составу Луна должна напоминать смесь вещества Земли и Тейи. Однако на Луне, в отличие от Земли, наблюдается дефицит железа. Одновременно с этим изотопы кислорода и титана на Земле и на Луне практически идентичны. Ученые не могут прийти к консенсусу, чем это можно объяснить.
Последние результаты компьютерного моделирования сильно изменили общепризнанную картину космического катаклизма. Оказалось, что Тейя могла быть весьма внушительных размеров, более чем вдвое превышая Марс, и двигалась на высокой скорости. А вот сам удар пришелся не по центру Земли, а под углом. При подобном сценарии столкновения Тейя потеряла бы незначительную массу и закончила бы свой полет в поясе Койпера или облаке Оорта на самой окраине Солнечной системы.
Проект лунной базы
Великая тайна зарождения жизни на нашей планете до сих пор не решена современной наукой, и многие ученые уверены, что здесь обязательно необходимо учитывать «лунный фактор». Первые одноклеточные организмы возникли приблизительно 3,5 миллиарда лет назад, когда Луна находилась значительно ближе к земной поверхности, вызывая сильнейшие волны приливов и отливов. Благодаря этому формирующийся мировой океан захлестывал обширные области суши, вымывая разнообразные минеральные вещества и оставляя после себя мелкие теплые лагуны с минерализованной влагой. Так по теории академика Опарина возник первобытный «суп», где зародились первые клетки жизни. Последующие приливы и отливы все время расширяли ареал их обитания, выплескивая «споры жизни» на влажные берега суши.
Лунный «приливной тормоз» постепенно замедляет вращение нашей планеты, удлиняя земные сутки на пару секунд за каждые сто тысячелетий. Еще 600 миллионов лет назад день на планете длился всего три часа, что доказывают следы приливов и отливов, сохранившиеся на древнейших скалах.
Получается, что сразу после катастрофического столкновения Луна находилась всего в 25 тысячах километров от земной поверхности. Это была поистине феерическая картина, ведь и сегодня, когда ночное светило удалилось на 400 тысяч километров, красота полнолуний неповторима.
В конце прошлого века группа астрономов из Парижской обсерватории под руководством планетолога Жака Ласкара пришла к сенсационному выводу о роли Луны в земной жизни. Французские ученые выяснили, что наш сателлит играет важнейшую роль «космического гороскопа», стабилизируя наклон оси вращения Земли. Сегодня угол наклона земной оси к ее плоскости орбиты (астрономы говорят – к плоскости эклиптики) составляет 23,5 градуса. Это очень важная величина, ведь она определяет смену четырех сезонов времен года. При этом особенно существенно, что этот угол практически постоянен, на протяжении 40-тысячелетнего цикла он меняется лишь максимум на пару градусов.
По теории Ласкара, в отсутствии Луны гравитационное воздействие газового гиганта Юпитера могло бы быстро нарушить это хрупкое равновесие. Наша планета стала бы буквально «кувыркаться» на орбите, а ее ось вращения выписывала бы хаотические фигуры, меняя свое направление от 0 до 85 градусов.
Трудно даже представить, как подобная смена полюсов и экватора отразилась бы на среде обитания. Во всяком случае, это должно было бы вызвать катастрофическое изменение климата. Скорее всего, земная поверхность каждые несколько миллионолетий покрывалась бы ледяным панцирем, как это происходило в Северном полушарии во времена ледниковых периодов. Естественно, что это самым негативным образом повлияло бы на эволюцию флоры и фауны (если бы они вообще возникли) и наверняка исключило бы появление высокоорганизованных организмов, не говоря уже о разумных существах.
В качестве доказательства своих построений Ласкар приводит безжизненный Марс, который, вероятно, и стал жертвой «гравитационных ударов» Юпитера.
После лунной программы американских «Аполлонов» долгое время казалось, что вопрос освоения нашего естественного спутника практически решен, однако колонизация Луны до сих пор составляет нерешенную задачу космонавтики. Между тем создание лунной базы могло бы иметь большие долговременные перспективы в очень многих вопросах – от разработки редких полезных ископаемых до возможности создания циклопических астрофизических установок и космодромов, служащих стартовой и перевалочной базами в полетах к внутренним и внешним планетам Солнечной системы.
Перспективный лунный модуль
Как же в реальности будет выглядеть колонизация нашего ночного светила?
Сорок два года назад советский аппарат «Луна-24» совершил мягкую посадку на нашем естественном спутнике и в августе 1976 года доставил с него пробы грунта. До этого в 1972 году закончилась американская программа пилотируемых полетов на Луну «Аполло»…
Космические исследования на нашем ночном светиле возобновили китайские ученые, запустившие ряд космических аппаратов «Чанъэ», картографировавших лунную поверхность и высадивших 14 декабря 2013 года луноход Юйту. 31 октября 2014 года спускаемый аппарат «Чанъэ-5T1» доставил на Землю образцы лунного грунта…
Десятилетиями мечты о поселениях лунных колонистов не давали покоя ученым и писателям-фантастам, и китайские лунные экспедиции вновь возродили былой интерес к тайнам Селены. Журналисты стали вспоминать и слухи о «Лунном заговоре», сопровождавшие программу «Аполлон», и многочисленные лунные аномалии, и уникальные лунные ресурсы.
К примеру, огромные запасы изотопа гелия-3 могли бы стать топливом для термоядерных реакторов будущего, обеспечив потребности человечества на десятки тысячелетий. Да и уникальные условия вакуума, резких перепадов температуры с малым тяготением создают хорошие возможности для промышленной обработки редкоземельных элементов, титана и урана…
Кто же станет первым селенитом? Стратеги НАСА считают, что Китай сможет высадить своих космонавтов и приступить к созданию постоянного модуля на обратной стороне Луны уже к концу первой четверти нашего столетия.
Создание лунных поселений стало бы логическим шагом в освоении космоса, ведь для преодоления 383 000 километров требуется всего лишь несколько суток.
Опередить китайских и американских космонавтов хотят специалисты Европейского космического агентства и российского Роскосмоса. Они планируют серию лунных экспедиций с созданием постоянной базы.
Лунных колонистов, конечно же, ждет масса трудностей, ведь ночь на нашем сателлите длится почти полмесяца, при этом температура падает от +116 °C до -173 °C.
Можно, конечно, разместить станцию в полярных областях, но там мал поток света для солнечных батарей. Да и сама база будет напоминать земную высотку, чтобы собирать как можно больше дефицитного солнечного тепла.
Сложность конструирования обитаемых лунных модулей демонстрирует история с американскими и советскими «лунниками». Их приборы и конструкции многократно скручивали суточные перепады температур, выводя из строя оборудование. Лишь советские луноходы, снабженные радиоактивными элементами, «засыпали» лунной ночью и пробуждались днем, включая солнечные батареи. А ведь на лунную поверхность извергаются еще и потоки опасной радиации!
Оптимальным вариантом стали бы лунные пещеры, но они пока не обнаружены. Астрономы-любители приводят много любопытных кадров, на которых видны загадочные темные отверстия, ведущие в глубь скал и кратеров. Однако профессионалы-селенологи доказывают, что это лишь игра света и теней.
Альтернативным вариантом является строительство лунных баз из реголита. Этот рыхлый поверхностный слой лунного грунта обладает низкой теплопроводностью и хорошо защищает от солнечной радиации. Реголитовые брусы, напоминающие земной ракушник, действительно могли бы решить проблему строительства лунных поселений. Но ядерные установки и агрегаты жизнеобеспечения лучше было бы разместить в глубоких кавернах и пещерах. В крайнем случае можно создать и искусственные штольни. Для этого могут подойти посадочные аппараты – пенетраторы, пробивающие поверхность при жесткой посадке.
Оптимальным вариантом было бы окружить робота-пенетратора мощной оболочкой и сразу же зарыть его при посадке на несколько десятков метров под лунную поверхность. Затем опустится пилотируемый модуль, который доставит колонистов и наиболее хрупкое оборудование. После этого начнется строительство туннелей в разрыхленном грунте.
Если же удастся решить проблему высоких перегрузок при ударе о лунную поверхность, то в «подлунном блоке» можно было бы разместить и ядерную энергетическую установку, создать над базой купол из реголита, покрытого многослойной отражающей пленкой, а на ней разместить солнечные батареи. Правда, при этом потребуется разнообразная строительная техника.
Гелиостанции вряд ли обеспечат электричеством разросшиеся лунные поселения, и тут временно могут помочь радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Однако обязательно возникнет дополнительный радиационный фон (те же проблемы стоят и для гипотетических термоядерных реакторов, питаемых изотопами гелия).
В качестве альтернативной энергетики первое время подошли бы мощные аккумуляторы, заряжаемые лунными днями, но они недолговечны. Есть и экзотические варианты с передачей энергии от орбитальных станций по лазерным лучам, но это пока не более реально, чем термоядерная энергетика.
Частная российская космическая компания «Даурия», базирующаяся в подмосковном Сколково, вообще считает, что надо сначала провести новое картографирование и изучение лунной поверхности. Для этого предполагается использовать десятки небольших лунных спутников. Руководитель проекта Никита Парцевский уверен, что после этого возникнут новые реальные планы колонизации с использованием особенностей лунного рельефа. В частности, можно будет найти плоские участки скал, хорошо освещаемые солнцем, и покрыть их гибкими панелями солнечных батарей.
Подобные программы обсуждаются еще с конца прошлого века. Тем не менее финансовые кризисы в начале нашего столетия существенно ограничили перспективные космические программы, сведя их в основном к орбитальным космическим полетам. За последние годы наметились некоторые улучшения, но их полностью стер «нефтяной кризис». Так, старт первого аппарата проекта «Луна-Глоб» неоднократно откладывался с 2012 года, и теперь в Роскосмосе осторожно обсуждают двадцатые годы. Между тем миссия этой 120-килограммовой станции состояла лишь в изучении поверхности нашего сателлита. В рамках международной кооперации предполагалось оборудовать аппарат 45-килограммовыми японскими бурами для оценки сейсмической обстановки, которые погрузятся в почву на южном лунном полюсе.
Если финансовое положение Роскосмоса в ближайшие годы укрепится, то будущая лунная экспедиция орбитального аппарата перейдет к подготовке спуска модуля с шестиколесным луноходом. Робот будет еще целый год изучать окрестности южного полюса и собирать образцы пород и минералов. Затем последует старт возвращаемого аппарата, который доставит груз на Землю.
Разведывательные экспедиции на южный полюс должны подготовить основу для закладки роботизированной станции «Лунный полигон». Там будут проводиться обширные научно-технические исследования и опробоваться промышленные методики добычи полезных ископаемых.
Сам по себе выбор Южного полюса связан с открытием признаков льда в затененных кратерах. Лед может послужить источником топлива для водородных двигателей «лунного флота», который будет осуществлять связь с Землей. Кроме того, полярные области Луны постоянно освещены, что позволяет использовать многочисленные автономные солнечные батареи. Наконец, астрономы считают Южный полюс наиболее удобной точкой для изучения ядра нашей Галактики, где скрываются удивительные тайны Млечного Пути.
Крупномасштабная добыча лунных ископаемых, способная оправдать гигантские вложения, начнется никак не раньше сороковых годов нашего столетия. Однако значительную прибыль можно будет получить и при реализации предыдущих фаз лунной миссии Роскосмоса. При этом предполагается самое широкое участие других космических агентств и частных инвесторов.
Впрочем, есть и варианты использования полярной базы, которые дадут буквально сиюминутную отдачу и не потребуют сложных горнорудных и промышленных комплексов. Некоторые из них пока еще представляются научной фантастикой, но на орбите Земли они могут появиться в самое ближайшее время…
Подлинный бум космического туризма еще впереди. На этом фоне разработка туристских планов выглядит весьма перспективно. На первом этапе это может быть сравнительно дешевый «орбитальный туризм», полностью окупающий все расходы с некоторой прибылью. Затем последуют и спуски на поверхность. При отработанной логистике космотуристический бизнес не будет иметь себе равных, ведь желание слетать на Луну выразили уже тысячи состоятельных людей. Ну и, конечно же, рядом с туризмом обязательно расцветет сувенир ный бизнес.
Не менее оригинальна и идея создания «лунного госпиталя», в котором будут лечить пациентов с заболеваниями опорно-мышечной системы, вроде синдрома, которым страдал Стивен Хокинг.
Одной из последних сенсационных новостей космонавтики стало формирование будущего экипажа российского космического корабля нового поколения «Федерация». На своем сайте госкорпорация Роскосмос объявила открытый набор в отряд космонавтов, из которых шесть или восемь человек будут участвовать в «лунной Одиссее».
Сегодня в распоряжении Роскосмоса находится более трех десятков космонавтов в возрасте от 31 года до 58 лет. Четырнадцать из них уже побывали в космосе, а самый старший – Геннадий Падалка – установил мировой рекорд пребывания на орбите – 878 дней.
Новый космический корабль «Федерация» будет рассчитан на экипаж из четырех человек, по плану первый пилотируемый запуск должен состояться в 2023 году.
Вместе с тем в новой лунной гонке есть и другие игроки. Это, конечно же, США и КНР, усиленно разрабатывающая пилотируемый лунный аппарат со спускаемым модулем. В ближайшем будущем Китай планирует послать на Луну возвращаемый зонд, который может вернуться с образцами грунта и пыли. В активе у космического агентства КНР уже есть несколько успешных лунных посадок и луноход «Нефритовый заяц».
Сегодня Луна по-прежнему вызывает интерес и как уникальная база для исследования ближнего и дальнего космоса, и как пересадочная станция на Марс и другие планеты. В полярных областях может быть лед, из которого нетрудно произвести топливо для ракетных двигателей. Если это удастся, то космические экспедиции, отправляющиеся к внутренним и внешним планетам или просто путешествующие по Солнечной системе, смогут произвести дозаправку топлива от космической станции, расположенной на окололунной орбите.
В освоении Луны есть и большие риски. Это, прежде всего, высокий уровень радиации, чудовищные температурные перепады и… лунная пыль. Оказывается, лунные пылинки очень острые в безвоздушном пространстве, они представляют большую опасность для вдохнувшего их человека, а также могут стать большой проблемой для всяческих машин и механизмов.
Президент США Трамп подписал закон, который обеспечивает годовой бюджет НАСА в размере 19,5 миллиарда долларов. В законе, в частности, говорится, что основной целью аэрокосмической отрасли является организация нескольких экспедиций на новом космическом корабле «Орион», который выведет на орбиту сверхтяжелый ракетоноситель «Система космических запусков». В конечном итоге «лунной программы» беспилотный «Орион» должен попасть на окололунную орбиту в 2018 году, а в 2021 году туда отправится пилотируемая экспедиция.
Подобные планы строит и известный хозяин частной космической компании «SpaceX» Илон Маск, собирающийся через несколько лет свозить двух мультимиллионеров в лунный туристический тур. Эти планы вызывают зависть у многочисленных конкурентов Маска. Ведь «аэрокосмические» фирмы последнее время множатся как грибы после дождя. При этом некоторые из них не имеют ничего, кроме скромной конторки, в которой продают лунные участки, кратеры и лунные туры в неопределенном будущем…
Между тем аэрокосмические компании «Боинг» и «Локхид Мартин» совместно с российскими РКК «Энергия» и ГКНПЦ имени Хруничева подключились к новому плану совместной работы. Они рассматривают создание многонациональной станции в окололунном пространстве. Эта станция может стать не только крупнейшим центром изучения нашего естественного спутника, но и первым транзитным космопортом для полетов на Марс и в пояс астероидов. Операторы базы смогут управлять десятками луноходов, исследуя самые интересные и труднодоступные места лунной поверхности. Здесь же может быть форпост для изучения опасных астероидов. Кроме того, в этот комплекс войдет несколько пилотируемых спускаемых аппаратов для путешествия по Луне.
Российская сторона готова внести весомый вклад, предоставив космические модули, которые станут домом для экипажей и будут достраиваться долгие годы. Такая станция может либо стать средой обитания международного экипажа, либо по старому проекту космической связки «Аполлон-Союз» состоять из сообщающихся национальных блоков.
РКК «Энергия» уже предложил на выбор разные образцы новейшего оборудования для строительства совместного жилого и лабораторного комплекса. В то же время планируется превратить стыковочный отсек, созданный РКК «Энергия» для МКС, в многотонный «космический причал» окололунной станции. Там будет собственная система жизнеобеспечения, спальный и грузовой отделения.
При этом каждый элемент постоянно достраиваемой космической базы будет отправляться к станции на ракете SLS. Российские инженеры даже придумали проект мини-поезда из таких модулей, которые будут цепочкой выстраиваться за беспилотным космическим локомотивом.
А еще Роскосмос создает для новой базы модуль «все в одном», где будет энергетическая установка, двигатель и просторные рабочие и спальные помещения для экипажа. Его основу составляет многофункциональный российский модуль, разрабатываемый в качестве главного элемента будущей российской космической станции на околоземной орбите.
