Луна – наша самая близкая и первая цель. Как летопись четырех миллиардов лет
истории Солнечной системы, она имеет огромное научное значение.
Она же – основа для изучения Земли и Вселенной,
подготовки людей и техники для дальнейшего прорыва в космос.
Декларация национальных космических агентств 2007 года
Оазис на Луне
В конце 80-х планы освоения планет Солнечной системы – и Луны в том числе – все больше переходили из разряда серьезно проработанных проектов «на злобу дня» в категорию рассуждений «как это может быть когда-нибудь потом». США, доказав программой «Аполло» свое первенство в космической отрасли, утратили интерес к Луне, а вторая сверхдержава доживала последние годы своего существования. Прочие страны в то время можно было смело не брать в расчет.
В 1989 году на сороковом конгрессе Международной авиационной федерации NASA предложило последний проект «старого типа» – лунную станцию Lunar Oasis. Надо отметить, что в проекте было заложено немало оригинальных и реалистичных идей, которые отличали его от предшественников и делали вполне реализуемым. Одной из них было использование в качестве основных помещений станции надувных конструкций, «изолированных» уже традиционной обсыпкой из лунного грунта. Это позволяло изрядно сократить вес «забрасываемого» с Земли груза и снизить расходы на постройку «Оазиса».
Первыми беспилотными рейсами авторы проекта Майкл Дюк и Джон Ньехофф предлагали доставить на поверхность Луны модули жизнеобеспечения, временную систему энергообеспечения, первичный жилой модуль и часть строительной техники. Только после этого на базу должны были прибыть астронавты и приступить к работе. Ядерный источник энергии, установка по извлечению кислорода, углекислого газа и водорода из лунного грунта, 10-местный надувной жилой модуль, по замыслу разработчиков, доставлялись бы транспортными кораблями позже. При этом первичный посадочный модуль обитатели станции могли использовать как укрытие на случай космической «непогоды» – мощных солнечных бурь или угрозы падения метеоритов.
Всего на строительство базы отводилось 3 года, а эксплуатировать ее, согласно расчетам специалистов, можно было бы 7 лет. «Цена вопроса» в пересчете на современные деньги составляла 550 млрд. долларов, при ежегодных расходах в 50 млрд. При стоимости содержания американского контингента в Афганистане в 80 млрд. ежегодно (данные 2011 года) это была бы вполне «подъемная» для США плата за 10-местную станцию с двумя мегаваттными ядерными реакторами (второй планировали доставить 17-й экспедицией).
Однако «Лунный оазис» так и не был построен. Впрочем, так же как и его «наследники». И наряду с экономическими, техническими и политическими вопросами немалую роль в этом сыграл вопрос житейский – «а зачем?».
Ноев Ковчег
Самый необычный вариант использования Луны предложили в Европейском космическом агентстве. По мнению Бернарда Фоинга из тамошнего отдела исследований, на поверхности спутника Земли надлежит создать банк данных на случай глобальной катастрофы на нашей планете. Спрятанный на Луне «ковчег», согласно замыслу Фоинга, должен содержать жесткие диски с различной полезной информацией и мощный передатчик, который в случае необходимости начнет транслировать их на 4 тыс. построенных на Земле убежищ. Так же в «ковчеге» планируется хранить природный материал – семена и эмбрионы сельскохозяйственных животных – и культурные реликвии, а также создать помещения с «разнообразными вариантами биосферы».
Правда, вопрос о том, как выжившие после апокалипсиса земляне смогут добраться до «ковчега», Фоинг и его коллеги деликатно обходят.
«Созвездие», которое не засияло
14 января 2004 года в США была обнародована концепция Vision for Space Exploration («Взгляд на исследования космоса»), основными целями которой были названы возвращение на Луну в 2020 году и полет на Марс в близкой перспективе. В рамках этой концепции начала разрабатываться программа «Созвездие». Учитывая, что незадолго до этого американская астронавтика получила два новых ракетоносителя – «Дельта-4» и «Атлас-5» (причем последний летает на советско-российских двигателях РД-180) – напрашивалось решение «собирать» межпланетные корабли на орбите из отдельных модулей, выводимых с Земли этими ракетами. Разработанный «Боингом» набор – возвращаемый аппарат, приборно-агрегатный отсек, жилой и грузовой модуль, а также универсальный разгонный блок – вполне позволял реализовать смелую идею. Но вместо этого специалисты NASA взялись за разработку нового комплекса из ракетоносителей «Арес-1», «Арес-5», межпланетного корабля «Орион», лунного модуля «Альтаир» и разгонного блока EDS.
«Арес-5» должен был выводить на орбиту разгонный модуль и «Альтаир», а «Арес-1» – «Орион». На орбите межпланетный корабль пристыковывался к паре из разгонного блока и лунного модуля, после чего вся троица начинала разбег к Луне. В «Орионе» планировалось разместить 4 астронавтов и 100 кг груза, но прорабатывался и 6-местный вариант корабля для обслуживания МКС. Лунный модуль первоначально также рассчитывался для 4 человек и должен был обеспечить им комфортное пребывание на Луне на протяжении 7 суток. Ракетоносители собирались строить на основе узлов и агрегатов, отработанных в системе «Спейс Шаттл».
Однако в процессе разработки американцам пришлось серьезно урезать свои запросы. Лунный модуль «Альтаир» лишился просторного помещения для экипажа (по первоначальным планам оно должно было оставаться на Луне вместе с посадочной ступенью и могло использоваться для развертывания лунной базы). Астронавтам осталась только тесная кабинка и шлюзовая камера. От 6-местного варианта «Ориона» тоже пришлось отказаться. Но самые серьезные испытания выпали на долю «Аресов». Один вид «Ареса-1» вызывал серьезные сомнения в безопасности использования этого агрегата. Дело в том, что эта ракета при почти 100-метровой длине имеет диаметр первой ступени менее 4 м, а верхней – 5,5 м. В 2009 году, когда на стартовом столе космодрома мыса Канаверал стоял «Арес-1Х», специалистам NASA пришлось признать, что атлантические ветры на космодроме могут запросто разбить носитель о фермы стартового стола. А тут вскрылась и еще одна проблема: при старте ракетоноситель испытывал настолько сильные вибрации, что под вопрос ставились не только работоспособность, но и выживание астронавтов.
Конечно, при дополнительном финансировании одолеть «детские болезни» новой системы было бы возможно… Но именно дополнительного финансирования США позволить себе не могли. В 2010 году вложение средств в эту программу прекратилось.
В завершении надо упомянуть еще один интересный факт: весной 2007 года 14 национальных космических агентств (в том числе NASA и Роскосмос) подписали декларацию, согласно которой главной задачей пилотируемой космонавтики является расширение ареала обитания человека разумного. «Наша цель – не много быстрых посещений, а скорее – длительное, и, в конечном счете, – самообеспечивающееся, поддерживаемое автоматическими системами, человеческое присутствие вне Земли», – сказано в документе. «Созвездие» могло повторить успех «Аполло», но обеспечить базу для постоянного пребывания человека на Луне было просто не в состоянии.
Про любимый лунный трактор…
Хотя возвращение на Луну по программе «Созвездие» было запланировано не ранее 2020 года, в NASA вовсю велась разработка скафандров, луноходов и погрузчиков – это при том, что с «Аресами» и «Альтаиром» дела обстояли далеко не просто.
Для перемещения астронавтов по поверхности Луны был разработан «компактный герметичный вездеход» Small Pressurized Rover, «изюминкой» которого было то, что астронавты могли находиться в нем без скафандров. Машина была приспособлена для стыковки со шлюзом лунной станции, а сами скафандры, созданные «по мотивам» советских «Орланов», крепились на его бортах таким образом, что через люк-ранец на их спине и люк-нишу на борту лунохода можно было свободно переходить из вездехода в скафандр и обратно. Между прочим, макет этого транспортера принимал участие в процедуре инаугурации Барака Обамы.
Его величество Гелий-3
В начале нашего века ответ на вопрос «зачем колонизировать Луну» наконец-то прозвучал. Понятие «гелий-3» теперь известно, наверное, практически любому интересующемуся наукой человеку. Открытый в 1939 году Луисом Альваресом и Робертом Корногом, этот изотоп гелия в настоящее время используется в счетчиках нейтронов, для получения сверхнизких температур и – с недавнего времени – в медицине. А если быть точным – в магнитно-резонансной томографии. Сейчас это вещество получают искусственно, и стоимость одного литра составляет 930 долларов США по ценам 2009 года.
Однако кроме перечисленных выше областей применения гелию-3 пророчат большое будущее как термоядерному топливу. Его реакция с дейтерием более производительна, чем реакция дейтерия и трития. И более безопасна: резко уменьшается наведенная радиоактивность, меньшему разрушительному воздействию подвергается реактор и даже при аварии вроде Чернобыльской радиоактивный выброс сводится практически к нулю.
Так что гелий-3 можно было бы считать абсолютным топливом – если бы не одно «но». Запасы «солнечного изотопа» на Земле измеряются килограммами. Его «генератором» является Солнце, а кладовыми – атмосфера планет-гигантов и… поверхность Луны. Наше «абсолютное топливо» тысячелетиями накапливалось в лунном реголите и этих запасов, по оценкам ученых, землянам хватит на 5000 лет! Правда, и там для получения тонны изотопа понадобится «перелопатить» 100 млн. тонн грунта, но использование этой тонны выделит столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 15 млн. тонн нефти! А это примерно 3% годовой добычи России.
Наконец-то на вопрос «зачем нужны поселения на Луне» был дан, казалось бы, исчерпывающий ответ. Конечно, чтобы добывать «абсолютное топливо». «Гелиевая эйфория» настолько захлестнула ученых, что немедленно стартовала новая «лунная гонка». Правда, пока «бумажная». О своих планах создать базы на Луне заявили Китай, США, Россия, Япония, Индия и Евросоюз. Однако в гелиевом «угаре» все как-то забыли про одну вещь: «мотор» для этого «бензина» пока не только не построен, но даже и не изобретен. Нет на сегодняшний момент ни одного – даже экспериментального – реактора, использующего реакцию гелия и дейтерия. Да и вообще термоядерной энергетики пока тоже нет.
Луна-пицца
Пока «на высшем уровне» прорабатываются многочисленные проекты лунных поселений, частный бизнес тоже не спит. В 2001 году Pizza Hut уже начала осваивать космос. Эта сеть ресторанов быстрого питания организовала доставку пиццы на МКС. Основной конкурент – Domino’s Pizza – в лице своего японского подразделения выдвинул предложение открыть пиццерию на Луне. Стоимость проекта – 22 млрд. долларов.
Но кого собираются кормить на Луне пиццей предприимчивые японцы?
Ответ прост – космических туристов. 6 декабря 2012 года представители компании Golden Spike объявили о том, что первые туристы отправятся к нашей ближайшей соседке в 2020 году. Цена поездки – около 1,5 млрд. долларов с человека. А Space Adventures обещает своим клиентам увлекательный тур вокруг Луны на двоих. По 150 млн. долларов с человека. Между прочим, компания сотрудничает с Роскосмосом и собирается использовать в качестве круизных лайнеров доработанные «Союзы», в конструкцию которых будет добавлен надувной пассажирский отсек. Тут уже недалеко и до гостиниц на Луне. Так что скоро будет кому заказывать «лунную пиццу».
Толкаясь локтями
Отказавшись от «Созвездия», американцы, тем не менее, не отказываются от возвращения на Луну. Впрочем, у NASA сейчас ситуация сложная. Кроме Луны и Марса у США, с легкой руки Барака Обамы, наметился еще один «стратегический интерес» в космосе – астероиды. Правда, и на Марс, и на Луну, и на астероиды Штатов не хватит (особенно учитывая внутренние проблемы и хроническую в последние годы тягу куда-нибудь «поприносить демократию»). Но создавать проекты это не мешает. Тем более что после провала «Созвездия» объемы финансирование NASA не только не снизились, но даже выросли.
В 2010 году NASA объявило о том, что постройка лунной базы будет проводиться дистанционно управляемыми роботами-автоматами. На реализацию программы «Аватар» отводилось 1000 дней с момента первого старта, однако за 3 года к реализации этого проекта в США так и не приступили. Немаловажную роль тут играет вопрос расположения базы. Если «Космический оазис» планировалось строить на месте посадки «Аполло-17», то теперь специалисты NASA ратуют за постройку базы в глубине больших кратеров поближе к лунному полюсу. Именно там из-за постоянных сверхнизких температур может скапливаться замерзшая вода, что, конечно же, станет неплохим подспорьем для строительства и обслуживания базы. А уж если на ней когда-нибудь появятся люди, то она окажется очень кстати…
Роскосмос в настоящий момент тоже делает основную ставку на автоматы. После 2015 года планируется создать на Луне базу для автоматических космических аппаратов. Первый этап программы «Луна-Ресурс» предусматривает постройку универсальной посадочной платформы, лунохода, взлетной ракеты, средств загрузки и хранения лунного грунта и отработку высокоточного прилунения по сигналам лунного маяка. В российской программе также фигурируют приполярные области Луны – от такого «подарка», как водяной лед, в Роскосмосе отказываться не собираются.
Второй этап разрабатывается совместно с индусами – у них он называется «Чандраян-2». Но так же, как и у США, у России есть большие проблемы с подходящим ракетоносителем. Программа «Русь-М», открытая в 2010 году, закрытая в 2011-м и снова открытая в 2012-м, пока результатов не дала.
А тем временем на пятки США и России вовсю наступает Китай. На 2013 год Поднебесная запланировала высадку на спутнике Земли китайского лунохода. Аппарат уже показали в Шанхае. В 2017-м китайцы собираются доставить на Землю образцы лунного грунта, а в 2025-м – отправить на Луну первую пилотируемую экспедицию. Для успеха лунной программы у Китая есть все предпосылки, и многие исследователи видят именно эту страну победителем лунной гонки нового тысячелетия.
База на принтере
Европейское космическое агентство предложило использовать при создании лунной базы самые современные технологии. Ее планируется построить при помощи 3D-принтера D-Shape, произведенного британской компанией Monolite. Материалом для 3D-печати будут служить реголит и периклаз. В качестве «тренировки» при помощи принтера уже «напечатали» полуторатонный строительный блок.
Японцы планируют основать обитаемую станцию на Луне к 2030 году. Так же, как американцы, они собираются строить ее с помощью дистанционно управляемых роботов. Однако на этом специалисты из Страны Восходящего Солнца останавливаться не собираются. Японские ученые предлагают опоясать нашу небесную соседку рукотворным кольцом из солнечных батарей. Длина «колец Луны» должна составить 11 тыс. км, а ширина – 400 км. Общая площадь солнечной батареи составит 4,4 трлн. км. Произвести всю эту машинерию японцы предлагают также на Луне. А такой объем работ требует уже не просто обитаемых баз, а постоянных поселений с развитой промышленностью. Так что пока «кольца Луны» – дело весьма далекого будущего.
Лунный лифт
Основатель компании LiftPort Group Майкл Лэйн считает, что уже в 2020 году из доступных ныне материалов может быть построен лунный лифт. «Мы изучили этот вопрос достаточно хорошо для того, чтобы сказать, что это достижимо, интересно и рано или поздно будет создано. Именно поэтому мы работаем с этой проблемой», – сказал он журналистам.
Конструкция лифта состоит из «якоря», закрепленного на поверхности Луны, и базы в районе точки Лагранжа. Общая длина троса должна составить 50 тыс. км – что в два раза меньше, чем требуется для «земного» варианта лифта. Материалом для троса, по мнению специалистов компании, может стать синтетическое волокно зайлон.
Что можно добыть из лунного грунта?
Однако вернемся к нашему гелию-3. А также к другим интересным вещам, которые можно добыть из лунного грунта.
Как может выглядеть и что может дать лунный горнообогатительный комплекс? Наиболее перспективной ученым видится переработка именно лунного реголита, который покрывает поверхность небесного тела слоем толщиной около десяти метров. Так что на первых порах шахт на Луне не будет – скорее поля. Одно такое поле размером 100 на 100 м может при переработке дать 40 тыс. тонн кремния. Если весь этот «урожай» пустить на солнечные батареи, то гелиостанция такой площади по мощности будет равна Ново-Воронежской АЭС. Кроме кремния с этого же «поля» можно получить 9 тыс. тонн титана, 15 тыс. тонн алюминия и от 5 до 25 тыс. тонн железа. И – в качестве приятного бонуса – от 80 до 90 тыс. тонн кислорода. Причем установка для получения кислорода из реголита разрабатывалась и в СССР, и в США. Сейчас фирма Carbotek по контракту с NASA создает проект завода по производству кислорода из реголита. Общая масса комплекса – 400 т, а производить такой заводик сможет до тысячи тонн жизненно необходимого будущим лунным колонистам газа в год. Также в Вашингтонском университете разрабатывается установка, которая позволит «извлекать» из лунного грунта до 40 т водорода ежегодно. А водород с кислородом на настоящий момент остаются самой мощной в ракетостроении топливной парой. Весь комплекс предполагается сделать шагающим. Со скоростью 6 км/ч завод будет перемещаться по лунной поверхности, «соскребая» реголит на глубину одного метра.
Ну а гелий-3? Он тоже не забыт. В университете Висконсина разработан проект другого шагающего завода-автомата, производительность которого составит 20 кг гелия-3 в год.
Получается, что при такой «технической поддержке» поселение на Луне не только перестает быть затратным, но и может принести существенную экономическую выгоду. Даже несмотря на то, что будущее гелиево-термоядерной энергетики еще не ясно. Прежде чем строить реакторы на гелии (которые еще не существуют даже в виде лабораторных моделей), надо разобраться с реакторами, работающими на дейтерии и тритии – они-то как раз в виде лабораторных моделей уже есть. Но за этими веществами нет нужды лететь на Луну – и того и другого более чем достаточно в мировом океане. Что касается гелиевых реакторов – то по оценкам ученых ожидать их появления стоит в ближайшее столетие.
Конечно, пока лунные базы превратятся в лунные заводы и добыча гелия выйдет на промышленный уровень, пройдет не один десяток лет. Но вдруг гелиевая энергетика «не выстрелит»? Стоит ли тогда наперегонки мчаться к Луне? Наверное, все-таки стоит. Ведь в перспективе Луна – это еще и главный перевалочный астропорт на маршруте «Земля – глубокий космос». И забывать про это не стоит.
