Космические жилища, ч. 2: как мы будем жить на Луне
О космических жилищах мы поговорили, пришло время обратить внимание на Луну, ближайший к нам объект, пригодный для поселения человека.
Люди уже побывали на Луне. Но максимальное время их нахождения там составило семьдесят пять часов и одну минуту. Этого мало, потому космические агентства многих стран хотят установить на естественном спутнике Земли целые базы, которые позволят выполнять стратегически важные задачи, включая нужды вооружённых сил и добычу гелия-3.
Учёным предстоит справиться с разнообразными проблемами, включая выбор материалов для строительства, перепады температур, возможность автономного существования колонии. Далее — о лунных программах в хронологическом порядке и о современных наработках, которые могут использовать в их реализации.
Луна является естественным спутником Земли и вторым по яркости объектом на земном небосводе. Одни из первых полётов на другие космические объекты в научно-фантастических произведениях начались именно с Луны — в произведениях Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путём за 97 часов 20 минут» и «Вокруг Луны». И Луна стала первым внеземным объектом, на котором побывал человек.
Работы в направлении колонизации в реальной жизни начались до 1960-х годов, когда СССР и США затеяли Лунную гонку.
Звезда
В Советском союзе с 1962 года за разработку долговременной лунной базы отвечал академик Владимир Бармин и его коллеги из бюро «Спецмаш» по поручению Сергея Королёва. Итогом стал один из первых детально проработанных проектов освоения Луны «Звезда».
В рамках проекта группе советских учёных было необходимо продумать цели базы, принципы её строительства, стадии развёртывания, состав оборудования и возможные военные перспективы.
На Луне планировали разместить девять обитаемых модулей. За каждый из них должен был отвечать один космонавт. Назначение модулей — центральный, командный, лаборатория-склад, мастерская, медицинский с гимнастическими тренажёрами, обеденный. Оставшиеся три модуля — жилые.
В 1967 году один модуль протестировали на людях на Земле в Институте медико-биологических проблем, после чего приняли решение оснастить помещения фальшивым окном, показывающим изображения с родной планеты. Перед велотренажёром решили поставить проектор, чтобы космонавт мог «прокатиться по Москве». Эти меры по мнению учёных оказались важными для сохранения душевного здоровья космонавтов.
Типовой модуль базы «Звезда»
Оборудование для лунной базы, численность экспедиции
Lunex Project
Немногим ранее, с 1958 года, американцы начали разработку пилотируемой лунной экспедиции Lunex Project. Она предполагала открыть на спутнике Земли подземную базу Военно-воздушных сил на 21 человека. Космический корабль, на котором планировали доставлять астронавтов-военных на Луну, вмещал трёх человек. Первую «партию» людей хотели отправить к 1967 года, после создания к 1965 году пилотируемого спускаемого аппарата.
У проекта были нерешённые проблемы, включая необходимость разработки лунной стартовой ступени, позволяющей вернуться на орбиту и далее на Землю.
Размещение базы под поверхностью позволит справиться с одной важной проблемой: перепады температур составляют от −160 °C до +120 °C.
Космический корабль Lunex, Википедия
Project Horizon
В то же время разрабатывался Project Horizon. Его целью также было размещение американской военной базы на Луне. Уже в 1966 году база с двенадцатью военными должна была заработать, но проект так и не реализовали.
Компоненты космического корабля и другое оборудование планировали доставить на орбиту Земли для сборки за 147 запусков ракет-носителей. По плану в 1964 году должны были начать запуски, в январе 1965 — доставлять грузы ну Луну. В апреле 1965 два астронавты должны были начать строительство базы. В ноябре 1966 года двенадцать солдат уже должны были находиться на Луне. Всего на Луну планировали доставить 220 тонн груза.
Модули для жизни и работы военных могли представлять собой металлические цилиндры диаметром 3,05 метра и длиной 6,1 метра. Для энергообеспечения планировали использовать два ядерных энергоблока.
От советского вторжения базы планировали защищать с помощью неуправляемых ракет с ядерными боеголовками и мин, модифицированных для прокола скафандров.
Проект посчитали непрактичным.
Horizon Lunar Outpost, Источник
Lunar Oasis
На 40-м Конгрессе Международной федерации астронавтики в 1989 году два сотрудника НАСА Майкл Дьюк и Джон Ньехофф представили проект Lunar Oasis, десятилетнюю программу колонизации Луны.
Всё оборудование и людей должны были доставить за тридцать полётов, половина из которых — пилотируемые. Каждая из пилотируемых ракет может доставить до 14 тонн груза, беспилотные грузовики — до 20 тонн. Всего за десять лет на Луну планировали отправить 594 тонны груза.
Программа состоит из трёх фаз, по результатам которых могут приниматься различные изменения. Длительность первой фазы — один год. Беспилотный грузовик доставит временный жилой модуль с автономной систему жизнеобеспечения. Спустя четыре месяца другой грузовик доставит строительную технику, временную энергетическую систему и продовольствие. Третий запуск доставит на Луну четырёх астронавтов, которые активируют модуль и приступят к развёртыванию базы.
Лунная база Lunar Oasis, 1989 год, NASA
Четвертый грузовой корабль доставит продовольствие для следующих обитателей Лунного оазиса, пятый — мини-АЭС и оборудование для производства кислорода, углекислого газа и водорода из пыли и камней. Шестая миссия доставит шестерых астронавтов, которые проживут на Луне в течение года.
Финальную стадию первой фазы откроет седьмой запуск, в рамках которого на Луну доставят надувное жилище на десять человек, которое астронавты будут собирать и надувать. Модуль разместят в кратере, чтобы защитить от солнечной и космической радиации. В рамках девятой миссии на Луну доставят десять астронавтов, а шесть астронавтов вернутся домой на Землю.
Стены жилого модуля можно наполнить водородом, который можно добыть из лунного реголита с помощью электролиза.
Следующие семь лет займут вторая и третья фазы. На Луну доставят ещё одно надувное жилище, закрытую систему жизнеобеспечения, мегаваттную атомную электростанцию, производственные модули, солнечные батареи и несколько экспедиций астронавтов.
Стоимость проекта оценивали в 550 миллиардов долларов за десять лет, то есть около 55 миллиардов в год. Для сравнения: только на вывод войск из Афганистана США в 2014 году потратили 80 миллиардов долларов.
Жилое здание в разрезе
Созвездие
С 2004 по 2009 годы в США разрабатывали программу «Созвездие», предполагающую размещение базы на Луне для поддержки полётов на Марс. Логотип изображает цели и вехи программы: первый полукруг символизирует Землю — сперва ракеты в рамках программы должны были достигнуть Международной космической станции, второй полукруг — Луна, третий — Марс. В рамках программы разрабатывали ракеты-носители сверхтяжёлого класса Арес, это древнегреческий бог войны, которому в римской мифологии соответствует Марс.
Барак Обама в 2010 году прикрыл программы из-за дефицита средств. На смену «Созвездию» пришёл проект, предполагающий использование роботов-аватаров.
Логотип программы НАСА «Созвездие»
Надувные дома
Учёные прорабатывают различные способы для снижения количества необходимого к доставке на Луну груза. Один из таких способов — надувные здания. Они гораздо легче аналогов, построенных с применением большого количества металла, и при этом занимают меньше пространства в разобранном состоянии.
В 2007 году специалисты исследовательского центра Лэнгли работали над лёгкими надувными модулями, которые предполагали развёртывать вокруг посадочного аппарата. Модули выполнены в форме цилиндра диаметром 3,65 метра, устанавливаются вертикально и оснащены герметичным шлюзом. Жилой отсек тестировали в Лэнгли.
Такие надувные модули могут быть временным жильём, а могут стать постоянным, если от космической радиации и метеоритных дождей защитить их с помощью реголита — лунного грунта.
Надувной модуль, разработанный НАСА в сотрудничестве с компанией ILC Dover
При этом уже сейчас есть модули, устойчивые к радиации — это модули от Bigelow Aerospace. Первые модули отправляли в космос в 2006 и 2007 году, где они до сих пор находятся. В апреле 2016 года запустили ещё один модуль, и 16 апреля его пристыковали к Международной космической станции. В течение следующих двух лет в него будут периодически заходить космонавты, чтобы испытать технологию, проверить на возможность поддерживать давление, противостоять радиации, метеоритам и космическому мусору. Позже с учётом результатов тестов их смогут адаптировать для развёртывания на Луне.
Здания из лунного грунта
Другой вариант — строить дом прямо из того, что есть под ногами, используя принтеры. На Земле дома и офисы уже печатают, осталось только доработать конструкции принтеров с учётом условий луны.
Европейское космическое агентство в 2011 году обнародовало проект 3D-печати лунной базы, где в качестве строительного материала используется местный грунт — реголит. Это рыхлый, разнозернистый обломочно-пылевой слой глубиной несколько метров, который состоит из изверженных пород, минералов, метеоритов, содержит алюминий, железо и титан. Мелкие частицы обладают высокой слипаемостью. Но для печати реголитом в него придётся добавлять оксид магния, который будут доставлять с Земли.
Стратегия Роскосмоса
Сегодня строительство лунной базы является одной из главных стратегических целей российской космонавтики на ближайшие десятилетие. Космонавтов планируют отправить на Луну в 2030-е годы, в то же время свои базы планируют построить там США, Китай, Япония и Европейское космическое агентство. Среди основных целей чаще называют не нужды вооружённых сил, а добычу гелия-3, необходимого для термоядерной энергетики. Средняя цена этого изотопа за литр в газообразном состоянии в 2009 году по некоторым оценкам составляла 930 американских долларов.
По гипотезе учёных при реакции 1 тонны гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия высвобождаемая энергия эквивалентна сгоранию 15 миллионов тонн нефти. Но добытчикам придётся работать не покладая рук: на 100 тонн реголта приходится всего 1 грамм гелия-3, то есть для добычи тонны изотопа придётся переработать 100 миллионов тонн лунного грунта.
Среди других целей: проведение экспериментов в области астрономии, космологии, космической биологии, изучение коры для исследования эволюции Солнечной системы, развёртывание телескопов, которые проще обслуживать и модернизировать, чем космические обсерватории. База может стать перевалочным пунктом для межпланетных исследований.
Проект колонизации Луны Роскосмос отправил правительству России в 2014 году. На первом этапе на спутнике Земли создадут форпост с энергетической установкой, модулем жизнеобеспечения и экспериментально-лабораторным модулем. Космонавтов оснастят луноходами и лунолётами. В 2016 году программу скорректировали, запланировав доставку космонавтов на 2030–2035 годы. При разработке программы учёные активно использовали разработки, сделанные в СССР.
Начальник отделения пилотируемых программ института Роскосмоса Олег Сапрыкин предлагает для исследования поверхности Луны отправлять роботов-аватаров, которые благодаря задержке всего в 4 секунды могут управляться в режиме реального времени. Роскосмос в роботов-астронавтов с 2016 по 2024 год планирует вложить 2,5 миллиарда рублей.
Для полётов на Луну Роскосмос предполагает использовать транспортный корабль «Федерация». Серия многоместных кораблей должна придти на смену «Союзам». Разработка велась с 2009 года. Корабль в автономном полёте сможет просуществовать до 30 суток, при этом для космонавтов предусмотрен санузел.
Перспективы
При строительстве лунной базы учёным нужно найти способ защиты людей от солнечной радиации и микрометеоритов. В отличие от Земли, атмосфера Луны в этом не поможет. Здания должны быть достаточно прочными, чтобы мелкие метеориты не могли нанести им заметных повреждений. Проблема радиации в случае солнечных вспышек решается своевременным укрытием в помещении, имеющем соответствующую защиту. Один из способов для упрочнения зданий и радиационной защиты называют использование реголита. Его пыль способна плавиться в микроволновой печи, превращаясь в стекло, это свойство можно будет использовать на Луне для производства кирпичей. Реголит могут использовать для печати зданий с помощью 3D-принтеров, или для обваловки модулей — надувных или металлических.
Реголит, способный помочь в строительства, представляет опасность для людей. Мелкие частицы лунной пыли опасны для космонавтов, что НАСА узнали во время программы Аполлон 17, когда Харрисон Шмитт вдохнул эту пыль, попавшую на борт корабля вместе со скафандарми. У него началось подобие сенной лихорадки, что по голосу заметил даже оператор в Хьюстоне. Обычная сенная лихорадка, или сезонный аллергический риноконъюнктивит, это сезонное заболевание, причина которого — аллергия на пыльцу растений. В данном случае похожие симптомы проявились из-за лунной пыли.
Любая пыль может принести вред, но организм с помощью специальных ворсинок на поверхности лёгких может выводить их бронхам, чтобы затем человек мог откашляться и избавиться от них. Но ворсинки не могут захватить пылинки до 2,5 микрометров. Такая пыль цепляется к тканям и вызывает воспаление. В случае с реголитом речь идёт о крупинках стекла и фрагментах метеоритного железа до 20 нанометров. Они могут попадать напрямую в кровоток.
Одна из важных задач для колонизаторов — обеспечить себя продовольствием. Хотя по сравнению с Марсом до Луны недалеко, будет лучше уменьшить количество грузов, которые нужно доставлять на спутник, и соответственно количество пусков. Колонизаторам нужно будет повторить успех Марка Уотни и заниматься сельским хозяйством. Тем более, что вода для этого на Луне есть.
На данный момент программы по освоению спутника Земли есть у нескольких стран. Но, как и десять, и тридцать лет назад, несмотря на детальную проработку и планирование их могут не выполнить. Судя по опыту последних пятидесяти лет, одна из главных проблем — финансирование.
