Лунная база: Задачи для лунной базы / Хабр

Задачи для лунной базы / Хабр

В предыдущем материале мы рассказали о том, как NASA собирается строить станцию Gateway на орбите Луны, и какие функции она сможет выполнять. В рамках программы Artemis пока что рассматриваются только высадки на поверхность, но в глобальном смысле следующим логичным шагом должно будет стать строительство лунной базы. Здесь мы разберемся, какие задачи она позволит решить, как может строиться и какую пользу приносить.

Лунная база в представлении художника Европейского космического агентства

Место

В отличие от экспедиций, которые теоретически могут высаживаться куда угодно, для постоянного поселения очень важен выбор места. Его достоинства будут использоваться, а недостатки придется терпеть годами. И параметры лунной орбиты определяют несколько потенциально более интересных мест для базы.

Полюса. Из-за того, что ось вращения Луны почти перпендикулярна эклиптике, на полюсах есть как участки, которые освещены практически постоянно, так и места, куда солнечный свет не попадает совсем. Освещенные участки являются очевидными кандидатами на размещение солнечных панелей для лунной базы, а в районах вечной ночи водяной лед обнаружен прямо на поверхности и максимально удобен для извлечения и использования в хозяйстве. Наиболее интересные места расположены на южном полюсе: пик Малаперта, который освещен Солнцем 74% лунного года, и кратер Шеклтон, находящийся в зоне вечной ночи.

Южный полюс Луны, изображение JAXA

Интересный факт: поверхность Луны нагревается днем до 127°C, а ночью остывает до -173°С. Но экспедиции “Аполлонов” установили, что на глубине больше полуметра температура практически не изменяется. Уже на глубине 50 см измерения показали -24°С, а на конце 120-см щупа температура составила -16°С. Тем не менее, водяной лед отчетливо тяготеет к полюсам и обнаруживается там в гораздо больших количествах.

Экваториальный лимб. Лимб — это край лунного диска, если смотреть с Земли. Из-за того, что Луна повернута к Земле одной стороной, район лимба сочетает в себе преимущества видимой стороны (постоянная связь без необходимости ретрансляторов) и обратной (отсутствуют земные радиопомехи, уже серьезно мешающие радиотелескопам). А в отличие от полюсов, район экватора позволяет производить астрономические наблюдения всей небесной сферы. В NASA рассматривали в качестве потенциально интересных мест для лунной базы кратер Шуберта в море Смита на восточном лимбе и кратер Риччиоли на западном.

Море Смита, вид с Земли

Конструкция

Лунная база, иллюстрация NASA

Лунная база станет первым поселением человечества на другом небесном теле. Может быть, когда-нибудь с опытом появятся типовые решения для разных планет и спутников, но пока что наилучшие пути неизвестны, и фантазия конструкторов рождает самые разные варианты, которые имеют свои плюсы и минусы.

Чем жизнь на Луне отличается от привычной нам земной? Отсутствие атмосферы приводит не только к необходимости скафандров. Земная атмосфера укрывает нас от метеоритов и космического излучения. Поэтому многие проекты лунных баз предполагают защиту от обоих опасных факторов. Варианты могут быть самыми разными — предлагалось укладывать модули базы в траншеи или же копать туннель в стене кратера и размещать базу в рукотворных пещерах. Также можно построить на месте крышу и насыпать реголит поверх нее. В то же время были и проекты открыто стоящих модулей, защита которых обеспечивалась бы конструктивными решениями.

Далее, проблемой стационарной базы является то, что окрестности будут изучены достаточно быстро, и экспедициям придется удаляться все дальше и дальше, чтобы собирать новые данные для исследований. Эту проблему также предлагали решать разными способами. Очевидное решение — добавить вездеходы в набор снаряжения. Но были и более оригинальные варианты, когда саму базу хотели сделать мобильной, выполняя ее в виде автопоездов или даже гигантских гусеничных машин.

Проект лунной базы начала 21 века

Технологии 21 века, конечно же, оказали свое влияние на проекты лунных баз. Проект Европейского космического агентства, опубликованный в 2014 году, выглядит весьма проработанным и воплощает большое количество потенциально удачных идей. Прежде всего, база строится на месте с минимальным участием человека. Это выгодно, потому что управлять роботами с Земли сравнительно просто, можно строить без ненужной спешки, и люди прилетят на уже во многом подготовленную площадку. Вторая идея — использование трансформируемых модулей, доставляемых в сложенном состоянии, надуваемых и закрываемых снаружи реголитом. Действительно, в условиях наличия местных строительных материалов логично использовать их, а не везти все с собой. Третья идея — активное использование 3D-печати при строительстве. Внешняя оболочка базы в виде несущей стены, напечатанная на 3D-принтере, гораздо лучше, чем идеи просто насыпать реголит поверх модулей. В 2013 году в ЕКА напечатали стену весом полторы тонны из имитатора лунного грунта. Любопытно, что в космических условиях можно печатать, напрямую расплавляя реголит солнечными лучами, и такие опыты проводятся в последние годы. В 2017 в Немецком аэрокосмическом центре в Кельне печатали, нагревая реголит до 1000°С. Также в рамках проекта RegoLight успешно прошли испытания прототипы мобильных печатающих головок. В 2019 году в NASA устроили соревнование по 3D-печати строений, подходящих для Луны или Марса.

Задачи

Чем будет заниматься лунная база? Уже сейчас очевидны несколько потенциально интересных направлений.

Прежде всего, человечество будет учиться жить на другом небесном теле. Людям не впервой осваивать недружелюбные регионы, на Земле еще в древние времена представители homo sapiens распространились от холодной Арктики до островов Полинезии, везде создавая технологии для жизни в новых условиях. При этом условия жизни на Луне и Марсе достаточно близки, и разработанные для лунной базы технологии можно будет применять и для колонизации красной планеты. В то же время есть и сложности, уникальные именно для Луны. Воздействие атмосферы Земли и даже Марса привело к эрозии горных пород, песчинки терлись друг о друга и становились более гладкими. А лунные породы образованы из материала с крайне высокими абразивными свойствами. Лунная пыль настолько колючая, что все 12 астронавтов, высаживавшихся на поверхность в программе “Аполло”, сообщали о “лунной аллергии” — боли в горле, глазах, насморке и чихании, проходившие только спустя несколько суток. Для людей, которые будут долго работать на лунной поверхности, вездесущая пыль станет серьезной угрозой — она может повреждать ткани легких и даже теоретически имеет шансы попасть в кровоток и ранить другие органы, вплоть до мозга. Абразивная лунная пыль также должна представлять сложность для движущихся частей механизмов. Но насколько серьезным будет это воздействие, необходимо проверить на практике, потому что существующие имитаторы реголита пока недостаточно хороши — лунная пыль имеет электрический заряд, а производящиеся сейчас имитаторы на основе молотого базальта имеют похожие либо электростатические характеристики, либо свойства поверхности. Также механическое измельчение горных пород для создания имитатора лунного грунта порождает пыль с абразивными свойствами гораздо меньшими, чем у лунной пыли.

Автоматический кислородный завод на Луне, один из проектов базы NASA

Далее, база на небесном теле позволит изучать способы использования местных ресурсов. Кроме уже показанного выше использования грунта для строительства, возможны и другие варианты. Лунный реголит содержит 42% кислорода, 21% кремния, 13% железа, 7% алюминия, эти материалы крайне желательно научиться извлекать и использовать. Сюда же относятся работы по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения — чем больше материалов и оборудования будут не доставляться с Земли, а производиться на месте, тем ближе будет освоение Марса и других небесных тел.

Третья возможная роль лунной базы — логистическая. В условиях отсутствия атмосферы можно построить безракетные средства выведения и выводить полезные грузы на орбиту пушкой Гаусса или рейлганом (электромагнитными ускорителями масс). Но какие именно грузы? Увы, вопреки многим фантастическим произведениям, добыча гелия-3 на Луне не имеет ни экономического ни физического смысла. Прежде всего, гелий-3 образуется естественным способом при распаде трития, который, в свою очередь, применяется в ядерном оружии. В 2010 году ежегодное мировое потребление гелия-3 оценивалось в 40 тысяч литров, а цена в последние годы колебалась от сотен до тысяч долларов за литр, добыча же гелия-3 на Луне и доставка его на Землю обойдется в разы дороже. Во-вторых, проще добывать золото из придонного ила Красного моря — там на тонну ила содержится 5 граммов золота, а количество гелия-3 в лунном реголите оценивают в 1 грамм на 100 тонн. Ну и, наконец, вариант реакции ядерного синтеза с использованием гелия-3 требует гораздо более высокой температуры, чем дейтериево-тритиевая, поэтому намного сложнее для реализации — существующие материалы не могут выдерживать длительное время температуры дейтериево-тритиевой реакции и тем более не справятся с вариантом с использованием гелия-3. В то же время экономический смысл у лунной базы потенциально возможен. Но полезным грузом может стать топливо для дозаправки космических аппаратов. В пустыне вода гораздо ценнее золота, а в пустоте космоса одна из самых драгоценнейших вещей — запас топлива. И система, когда космический аппарат перед отлетом к другим планетам будет стыковаться с окололунной станцией и дозаправляться добытым на Луне топливом, теоретически может оказаться весьма эффективной.

Освоенная Луна, кадр из игры Anno 2205. В игре, как раз, лунная база строится для добычи гелия-3

Ну и, наконец, лунная база будет собирать научные данные. Весьма интересна геология Луны, потому что до сих пор ведутся споры о происхождении нашего спутника. На сегодняшний день наиболее подтверждена фактами гипотеза гигантского столкновения, когда прото-Земля столкнулась с небесным телом размером с Марс. Но есть и такие факты, на которые эта гипотеза отвечает плохо, и параллельно существуют другие версии: что Луна отделилась от быстро вращающейся прото-Земли, или же оба небесных тела сформировались параллельно. Также Луна, возможно, является результатом столкновения многих протолун или же возникла из-за метеоритной бомбардировки. Лунная база позволит собрать данные по геологии Луны и, возможно, окончательно утвердит одну из гипотез как наиболее соответствующую наблюдаемым фактам. Также очень интересен результат миллиардов лет воздействия вакуума и солнечного излучения на горные породы Луны. Кроме геологии, лунные условия удобны для астрономических наблюдений — радиотелескоп можно закрыть от помех с Земли естественной преградой, оптический телескоп будет работать в идеальных условиях без атмосферных помех, а рентгеновские и длинноволновые телескопы не будут блокироваться атмосферой. Также уникальные характеристики даст работа наземных и лунных телескопов в режиме интерферометра. Расстояние в чуть больше одной световой секунды между Землей и Луной позволяет создать телескопы с уникальной разрешающей способностью. Работавший на сравнимых расстояниях в режиме интерферометра “Спектр-Р” был в тысячу раз “зорче” Хаббла, лунный радиотелескоп будет иметь похожие характеристики, а в оптическом диапазоне можно создать комплекс, в 60 раз более зоркий, чем обычный наземный.

Заключение

Несмотря на то, что лунная база остается делом неблизкого будущего, уже сейчас примерно ясно, для чего она нужна, и уже сегодня ведутся работы по созданию технологий, которые будут на ней применяться.

Материал подготовлен для журнала «Вселенная, пространство, время», публикуется в авторской редакции.

Россия и Китай показали лунную станцию. Ее хотят построить к 2035 году

• Павел Аксенов
• Би-би-си

16 июня 2021

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, roskosmos

Подпись к фото,

Лунная станция будет состоять из нескольких модулей

Россия и Китай собираются построить лунную станцию к 2035 году. Она будет состоять как минимум из девяти строений. По словам экспертов, в российско-китайской программе пока речь идет только о проекте необитаемой лунной станции.

Об этом говорится в презентации, представленной в среду на официальных сайтах Роскосмоса и Китайской национальной космической администрации.

Концепция создания станции на Луне предусматривает три этапа работы — исследование, строительство и эксплуатацию.

Первый этап, который должен завершиться к 2025 году, включает запуск к Луне шести исследовательских аппаратов — трех китайских и трех российских. При этом включенный в программу китайский «Чанъэ-4» уже совершил посадку на Луну в 2019 году.

Китайские «Чанъэ-6″и «Чанъэ-7», а также российские станции «Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27» пока готовятся к полету.

• Проект «Чанъэ-4»: китайский хлопок дал ростки на Луне
• Первые в истории: китайский космический зонд успешно сел на обратной стороне Луны
• Лунная гонка началась. Кто и как пишет правила игры?

Второй этап — строительство станции. Этот этап, согласно презентации, должен пройти в 2026-2030 годы. Во время второго этапа будут задействованы аппараты «Луна-28» и «Чанъэ-8». С 2030-го по 2035 год на Луне должны быть возведены основные объекты станции, после чего начнется ее эксплуатация.

Автор фото, roskosmos

Подпись к фото,

На одном из кадров видны два космонавта, хотя станция планируется необитаемой

Судя по кадрам презентации, на территории станции планируется установить телекоммуникационный модуль, командный центр, энергетический модуль, взлетно-посадочную площадку, модуль наблюдения, лабораторный, технологический, исследовательский модули и модуль связи с Землей.

Возле одного из строений, чье назначение никак не определено, в презентации изображены два космонавта. Вокруг находятся различные роботизированные комплексы.

9 марта 2021 года Россия и Китай подписали меморандум о взаимопонимании и сотрудничестве в области создания международной научной лунной станции. В презентации же говорится, что Россия и Китай готовы сотрудничать в программе освоения Луны и с другими странами.

«Они как делались, так и будут делаться»

Как сказал Би-би-си глава Института космической политики Иван Моисеев, хотя Россия и объявила об участии в таком масштабном проекте, в реальности от нее не требуется вкладывать значительные средства в лунную программу.

Автоматические станции, которые фигурируют в презентации («Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27») — проекты, которые Россия начала создавать задолго до решения о строительстве лунной станции. Со стороны Китая также на первом этапе участвуют аппараты, которые разрабатывались вне этой программы.

Автор фото, Sergei Bobylev\TASS

Подпись к фото,

Аппарат «Луна-25» разрабатывался не для большой программы лунной станции, Россия планировала запустить его и раньше

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

«На практике то, что их вписали в российско-китайскую станцию, ничего не меняет. Они как делались, так и будут делаться. Ну а номинально включили и международное сотрудничество — все стороны довольны, хотя на практике это ничего не меняет», — считает Моисеев.

По словам эксперта, в России сейчас нет проекта создания лунной базы, и за 15 лет, которые указаны в презентации, вряд ли удастся разработать такую программу.

Научный журналист Михаил Котов, присутствовавший на презентации, сказал Би-би-си, что первая фаза реализации совместной лунной программы действительно остается без значительных изменений, а более плотная совместная работа запланирована на период после 2026 года.

«[После 2026 года] российские и китайские миссии имеют между собой общую программу исследований. Чтобы не каждый сам за себя, а запускаются две миссии. И работают они совместно с обменом данными и решением общих задач», — рассказал он.

Финансирование этого проекта не предусмотрено Федеральной космической программой России, которая действует с 2016-го до 2025 года.

По мнению обоих экспертов, финансирование лунной станции должно быть включено в следующую 10-летнюю программу, которая начнет действовать с 2026 года.

Необитаемая лунная станция

Россия и Китай собираются строить на Луне именно станцию, а не базу, и главное отличие в том, что на станции будут действовать автоматические аппараты, а на базе могут присутствовать люди, сказал Моисеев.

Пилотируемая космонавтика, включая и исследования любых небесных тел, гораздо более затратная, чем применение автоматов.

По словам Котова, в российско-китайской программе пока речь идет только о проекте необитаемой лунной станции. Он считает, что не следует рассматривать присутствие двух человеческих фигур на презентации, равно как и остальные объекты, как какой-то четкий план.

«К этому надо относиться как к дорожной карте. Это скорее направление, — полагает эксперт. — У любой дорожной карты чем ближе к моменту старта, тем более подготовлена эта часть. Это логично и это нормально».

По мнению Котова, такая дорожная карта — больше соглашение о намерениях: «Это не выделенные деньги, может возникнуть куча как политических, так и технических проблем. Это не точно стопроцентно реализуется, но чем ближе к началу, тем больше шансов, что именно этот кусок будет реализован».

• Новый космический корабль НАСА не обещает астронавтам комфорта
• Разработку сверхтяжелой космической ракеты «Енисей» приостановили. Зачем она нужна?
• «Запасная планета для человечества». К Марсу выстроилась очередь из стран — почему в ней нет России?

А что НАСА?

В сентябре 2020 года НАСА объявила о выделении 28 млрд долларов на космическую программу «Артемида-3», которая будет включать пилотируемый полет на Луну.

Полет планируется осуществить к 2024 году. Экипаж будет состоять из двух астронавтов — мужчины и женщины.

В этой программе будет использоваться новый космический корабль «Орион» для дальних полетов в космос, а ракетой-носителем будет сверхтяжелая Space Launch System.

В 2021 году НАСА планирует испытать систему ракета + корабль в беспилотном полете к Луне.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Американский корабль будет выводить в космос ракета Space Launch System

Программа «Артемида» разрабатывается под эгидой НАСА, но в ней также участвуют Европейское космическое агентство, Великобритания, Япония, Канада, Италия и другие.

В России сейчас разрабатывается сверхтяжелая ракета-носитель «Енисей», которую Роскосмос планировал использовать для лунной программы. Однако ракета-носитель такого класса, по словам экспертов, нужна именно для пилотируемой программы — станции же, которые фигурируют в российско-китайской презентации, могут быть запущены тяжелыми ракетами.

Проект «Енисей» стартовал еще в 2018 году. С 2018-го по 2019 год корпорация «Энергия» должна была разработать эскизный проект, определить облик составных частей ракеты, а также подготовить технико-экономические обоснования. Завершение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ планировалось в 2028 году.

За это же время должен был быть построен стартовый комплекс для ракеты на космодроме Восточный вместе со всей необходимой инфраструктурой. В 2028 году «Енисей» должен был полететь. Однако с тех пор в проект вносились различные изменения, и пока что он не вышел из первой стадии — сейчас продолжается разработка ее облика.

Лунная база | это… Что такое Лунная база?

Колонизация Луны — заселение Луны человеком, являющееся предметом фантастических произведений и реальных планов по строительству на Луне обитаемых баз.

Лунная база (в представлении художника)

Лунная база с надувным модулем. Эскизный рисунок

Лунный вездеход, загружаемый с грузового космического корабля. Эскизный рисунок

Лунная база с электромагнитной катапультой (протяжённое строение, уходящее за горизонт). Эскизный рисунок

Фантастика

Постоянное обитание человека на другом небесном теле (за пределами Земли) уже давно является постоянной темой в научной фантастике.

Реальность

Бурное развитие космической техники позволяет думать, что колонизация космоса — вполне достижимая и 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 программа «Аполлон» и продемонстрировала практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящим проектом), она в то же время охладила энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных астронавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов, необходимых для поддержания жизнеобеспечения.

Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется исключительно привлекательным объектом для колонизации. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля — Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле.

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, ведётся поиск возможных залежей водяного льда. Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, 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. ^[1]

Гелий-3 в планах освоения Луны

В январе 2006-го Николай Севастьянов, бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия», официально объявил, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия-З путем переработки лунного реголита. «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3». Летать к Луне будет многоразовый корабль «Клипер», а помогать ему в строительстве Лунной базы начнёт межорбитальный буксир «Паром». Однако, данные официальные заявления остались на совести Н. Н. Севастьянова, поскольку Россия не признаёт существования у неё лунной программы наподобие американской. О других источниках финансирования также пока ничего неизвестно.

Присутствие гелия-3 в лунных минералах представители американского Национального агентства по космонавтике и аэронавтике США (NASA) также считают серьёзным поводом к освоению спутника. При этом первый полёт туда NASA планирует осуществить не раньше 2018 года. Китай и Япония также запланировали создание лунных баз, но это, скорее всего, произойдёт в 2020-х годах. До сих пор США остаётся единственным государством, представители которого побывали на Луне — с 1969 по 1972 год туда было отправлено 6 американских пилотируемых экспедиций.

Создание станции — не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 — это редкий изотоп, стоимостью около миллиона долларов за килограмм, а на Луне его — миллионы тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн^[2]), в то время как на Земле его запасы оцениваются в 500—1000 килограмм. Гелий-3 нужен в ядерной энергетике — для запуска термоядерной реакции.

Учёные^[кто?] считают, что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах. Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных российского Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях.

При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.

Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы. Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым, выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальным с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Лунные электростанции

Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7. Рассматривается возможность большого объема производства, равного 1000 ТВт. При этом стоимость лунного комплекса оценивается примерно в 200 трлн. долл. США. В то же время стоимость производства сравнимого объема электроэнергии наземными солнечными станциями — 8000 трлн. долл. США, наземными термоядерными реакторами — 3300 трлн. долл. США, наземными угольными станциями — 1500 трлн. долл. США ^[3]

Практические шаги

Проект Европейского Космического Агентства Смарт-1 в течение года и семи месяцев занимался картированием поверхности Луны, а также построением карт залегания различных минералов. За семь лет до этого такую же задачу решал американский спутник Lunar Prospector.

Возвращение человека на Луну планируется, в частности, НАСА с проектом Созвездие.

О своих планах освоения Луны не раз заявлял и Китай. 24 октября 2007 года с космодрома Сичан был успешно запущен первый китайский спутник Луны Чанъэ-1. В его задачи входило получение стереоснимков, с помощью которых впоследствии изготовят объёмную карту лунной поверхности. В будущем КНР рассчитывает основать на Луне обитаемую научную базу. Согласно китайской программе, освоение естественного спутника Земли намечено на 2040—2060 годы^[4].

Японское агентство по космическим исследованиям планирует к 2030 году ввести в строй обитаемую станцию на Луне — на пять лет позже предполагавшихся ранее сроков.

Вторая половина 2007 года ознаменовалась новым этапом в космическом соревновании. В это время состоялись запуски лунных спутников Японии и Китая. А в ноябре 2008 года был запущен индийский спутник «Чандраян-1». Установленные на «Чандраяне-1» 11 научных приборов из разных стран позволят создать подробный атлас лунной поверхности, осуществить радиозондирование лунной поверхности в поисках металлов, воды и гелия-3.

Иллюстрация освоения Луны и Марса на совместном американо-советском почтовом блоке 1989 г.

Проблемы

Длительное присутствие человека на Луне будет требовать решения ряда проблем. Так, атмосфера Земли и магнитное поле задерживает бо́льшую часть солнечной радиации. В атмосфере также сгорает множество микрометеоритов. На Луне без решения радиационной и метеоритной^[5] 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 проникаемостью, и защита от них является решаемой проблемой. Кроме того, данные частицы обладают низкой скоростью, а значит, есть время для того чтобы укрыться в антирадиационные укрытия. Гораздо большую проблему представляет жёсткое рентгеновское излучение. Расчёты показали^[6], что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10% получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грэй). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Отдельную проблему представляет лунная пыль.^[7] Лунная пыль состоит из острых частиц (поскольку нет сглаживающего влияния эрозии), а также обладает электростатическим зарядом. В результате лунная пыль проникает везде и, обладая абразивным действием, уменьшает срок работы механизмов. А попадая в лёгкие, становится угрозой здоровью человека.

Коммерциализация также неочевидна. 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 2007 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР, строительство которого предполагается закончить в 2015 году. После этого последует порядка двадцати лет экспериментов. Промышленное использование термоядерного синтеза ожидается не ранее 2050 года по самым оптимистическим прогнозам. В связи с этим, до этого времени добыча гелия-3 не будет представлять промышленного интереса. Космический туризм также нельзя назвать движущей силой освоения Луны, поскольку требуемые на данном этапе вложения не смогут окупиться в разумное время за счёт туризма.

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

См. также

• Терраформирование планет

Ссылки

• compuLenta.ru
• Луну хотят превратить в гигантскую солнечную батарею
• Шевченко. Возвращение на Луну

Примечания

1. ↑ Академик Б.Е.Черток «Космонавтика в XXI веке»
2. ↑ 3D News Колонизация Солнечной системы отменяется (4 марта 2007). Проверено 26 мая 2007.
3. ↑ Ж. «Энергия будущего». март’ 2006, с. 56
4. ↑ China.Com 中国嫦娥探月工程进展顺利 进度将有望加快 (кит.) (14 февраля 2006). Проверено 26 мая 2007.
5. ↑ CNews.Ru На Луне гораздо опаснее, чем полагало НАСА раньше (4 декабря 2006). Проверено 26 мая 2007.
6. ↑ CNews.Ru В лунной программе Буша выявлен фундаментальный изъян (24 января 2007). Проверено 26 мая 2007.
7. ↑ Популярная Механика Ядовитая лунная пыль (21 марта 2007). Проверено 26 мая 2007.

Четыре вещи, которые мы узнали о запланированном НАСА базовом лагере на Луне | Наука

Художественная визуализация астронавтов, работающих рядом с базовым лагерем НАСА Артемида, в комплекте с вездеходом и домом на колесах.
НАСА

Люди не ступали на Луну более полувека, но программа NASA Artemis собирается отправить их обратно с серией миссий, которые начнутся в начале сентября. Когда первый астронавт сядет на лунную почву в 2025 году в составе «Артемиды III», при условии соблюдения текущего графика, это станет началом еще более амбициозного проекта, чем отправка людей обратно на Луну: НАСА планирует построить базу расположитесь где-нибудь среди серой пыли и скалистых скал южного полюса Луны.

Этот лунный аванпост позволит миссиям Артемиды в конечном итоге побить рекорд Аполлона-17 по самому продолжительному пребыванию на Луне (74 часа, 59 минут, 38 секунд), а также послужит отправной точкой для углубленного исследования.

НАСА сообщает, что лагерь будет начинаться с малого, только облегчая миссии на неделю или две, но по мере того, как лагерь будет увеличиваться в размерах и усложняться, агентство надеется поддерживать экипажи до двух месяцев за один раз. Текущие планы предусматривают создание лунной кабины, марсохода с открытым верхом, подобного тому, который используется в миссиях Аполлона, и чего-то вроде RV, который обеспечит мобильность, позволяя астронавтам жить и работать вдали от базы в течение нескольких дней или недель. .

«В каждом новом путешествии астронавты будут получать все более высокий уровень комфорта благодаря возможности исследовать и изучать больше Луны, чем когда-либо прежде», — заявила Кэти Людерс, заместитель администратора по пилотируемым космическим полетам в НАСА. «В связи с растущим спросом на доступ к Луне мы разрабатываем технологии для достижения беспрецедентного присутствия людей и роботов на расстоянии 240 000 миль от дома. Наш опыт на Луне в этом десятилетии подготовит нас к еще большему приключению во Вселенной — исследованию Марса человеком».

Центральным элементом видения НАСА базового лагеря Артемиды является поиск и извлечение ресурсов с самой Луны. Это облегчит нагрузку на ракеты, стартующие с Земли, и потенциально позволит астронавтам оставаться на Луне в течение более длительных периодов времени. Эти ресурсы могут включать водяной лед, кислород, металлы или строительные материалы, сделанные из лунной пыли или горных пород.

С момента запуска программы Artemis в 2019 году ее сроки немного растянулись. Первоначальный план состоял в том, чтобы создать первую итерацию базового лагеря к 2030 году, но документ внутреннего планирования, полученный изданием Ars Technica предполагает, что это может быть больше похоже на 2034 год. Это может показаться далеким, но группы ученых и инженеров по всему миру уже усердно работают над тем, чтобы воплотить мечту людей, живущих на Луне, в реальность. Мы поговорили с некоторыми из этих экспертов и узнали четыре вещи о лунной базе Артемиды.

НАСА будет искать важные ресурсы на южном полюсе Луны

Вертикальная солнечная батарея может быть использована в качестве источника энергии на Южном полюсе Луны.

НАСА

Расположение лунной базы на южном полюсе предлагает астронавтам два важных компонента: периоды непрерывного солнечного света и глубокие кратеры с глубинами, которые были окутаны тьмой в течение миллиардов лет. Из-за того, что Луна наклонена по отношению к Солнцу, ее южный полюс ежегодно испытывает периоды до двух месяцев непрерывного света, при этом солнце все время вращается прямо над горизонтом. Весь этот солнечный свет может обеспечить базовый лагерь Артемиды достаточным количеством солнечной энергии. НАСА в настоящее время изучает конструкции, которые удерживают солнечную батарею на высоте более 30 футов в воздухе, чтобы максимально использовать доступный солнечный свет, говорит Прасун Десаи, заместитель помощника администратора Управления космических технологий НАСА.

Тот же самый наклон, который создает месяцы непрерывного освещения на лунных полюсах, также означает, что некоторые из его кратеров имеют затененные участки, которые не видели солнца с момента образования кратера. В этих сверххолодных, сверхтемных кратерах, известных как постоянно затененные области, ученые нашли доказательства наличия водяного льда. Если эта замерзшая вода окажется доступной и обильной, она будет чрезвычайно ценна для жителей базового лагеря Артемиды и для обеспечения полетов на Землю или на Марс. (Вода также может служить топливом для космических путешествий, потому что ее можно превратить в топливо. )

Тем не менее, НАСА не может гарантировать, что водяной лед на Луне в изобилии, доступен или свободен от загрязняющих веществ, для удаления которых потребовалась бы обширная очистка. Эти фрагменты информации вместе с местонахождением крупнейших месторождений станут предметом различных усилий НАСА, в том числе летучих марсоходов, исследующих полярные исследования, или VIPER. Ожидается, что этот мобильный робот прибудет на южный полюс Луны в поисках воды где-то в конце 2024 года.

Инициатива по инновациям в области поверхности, базирующаяся в Университете Джона Хопкинса, говорит, что ключом к созданию лунного базового лагеря станет снижение стоимости доставки полезных грузов ракетами между Землей и Луной. Другими словами, доставка всего необходимого для строительства и снабжения базы с Земли на Луну должна стать намного дешевле, чтобы это было возможно.

Новый вездеход позволит астронавтам исследовать Луну, не покидая базовый лагерь

Предлагаемый луноход может работать как с астронавтами за рулем, так и без них.

НАСА

Лунный вездеход (LTV) станет первым большим шагом к созданию базового лагеря; он должен прибыть с миссией где-то после «Артемиды III» в 2025 году.

Грег Чаверс, директор отдела технической интеграции в Управлении миссий по разработке исследовательских систем НАСА, говорит, что новым лунным багги можно будет управлять удаленно, и что у марсохода также будет возможность автономно избегать таких опасностей, как камни и кратеры. Это позволит астронавтам исследовать лунную среду из безопасного посадочного модуля в более ранних миссиях и из базового лагеря в более поздних миссиях. Это также означает, что НАСА может использовать LTV для продолжения научной или связанной с миссией работы, даже если на Луне нет людей. С человеком за рулем или без него LTV будет иметь решающее значение для поиска водяного льда и других лунных ресурсов, что, в свою очередь, поможет НАСА выбрать лучшее место для более постоянных элементов базового лагеря.

Астронавты смогут исследовать Луну без скафандров

Несмотря на то, что автономия LTV и возможности дистанционного управления являются мощными инновациями, его фундаментальная конструкция вряд ли будет сильно отличаться от марсоходов, которые были до него. Чтобы управлять LTV с открытым верхом, астронавты должны надеть свои скафандры, и именно здесь концепция лунного мобильного дома НАСА выходит на совершенно неизведанную территорию с инженерной точки зрения.

Концепция НАСА, похожая на RV, получившая название обитаемой мобильной платформы, будет иметь герметичный салон с системами жизнеобеспечения, что означает, что пассажиры могут безопасно находиться внутри без скафандров. Это облегчает жизнь астронавтам, так как надевание скафандра может занять несколько часов и не всегда удобно, а также это означает, что вылазки с экипажем на поверхность Луны могут длиться дольше и путешествовать дальше, чем когда-либо прежде. В негерметичных марсоходах, таких как LTV, продолжительность миссии ограничена тем, сколько хватит кислорода в скафандре каждого астронавта.

Окончательный дизайн RV еще не определен, поэтому эксперты не могут сказать, как он будет выглядеть, но цель состоит в том, чтобы позволить нескольким астронавтам жить и работать внутри корабля до двух недель.

Чаверс говорит, что обитаемая мобильная платформа будет доставлена ​​на Луну между одной и тремя миссиями Artemis после дебюта LTV. По завершении первой миссии обитаемой мобильной платформы Чаверс говорит, что транспортное средство останется на Луне для использования в будущих миссиях.

Лунные камни и лунная пыль могут повлиять на внешний вид базового лагеря

Художественная иллюстрация концептуальной лунной базы с напечатанной на 3D-принтере инфраструктурой.

ЗНАЧОК / ПОИСК+

Лунная кабина, кажется, готова поразить воображение всего мира, поскольку научная фантастика из поколения в поколение фантазировала о том, как могут выглядеть жилища в космосе. Хотя дизайн еще не завершен, Чаверс говорит, что НАСА рассматривает модульные и надувные конструкции как способы создания больших обитаемых пространств на Луне, которые будут компактными и легкими при транспортировке.

Еще одна интригующая возможность, упомянутая Чаверсом, — крупномасштабный 3D-принтер, который использует в качестве сырья лунную пыль или камень. Он говорит, что подобная машина может производить кирпичи или другие формы и либо собирать жилище с нуля, либо улучшать жилище, принесенное с Земли. Действительно, Чаверс говорит, что прототип 3D-принтера в настоящее время строит испытательную структуру в Хьюстоне.

Клайв Нил, геолог из Университета Нотр-Дам, изучавший образцы лунной пыли, говорит, что лунная пыль или горная порода могут играть ключевую роль в защите астронавтов от излучения космических лучей и солнечных вспышек. Атмосфера и магнитное поле Земли отфильтровывают большую часть этого вредного излучения, но на Луне нет ни атмосферы, ни магнитосферы, поэтому людям, задерживающимся там, нужна дополнительная защита. Нил говорит, что для обеспечения достаточной защиты астронавтов от радиации, которая в высоких дозах может увеличить риск развития рака, может потребоваться до шести футов лунного материала.

Помимо сбора воды и строительных материалов с Луны, НАСА также занимается добычей кислорода, которого на удивление много в лунных породах, и металлов, таких как алюминий, говорит Десаи. Все это является частью развития способности «жить за счет земли» на Луне, что могло бы сделать базу там более самодостаточной и помочь ей служить станцией снабжения для космических кораблей, направляющихся на Марс. Но поскольку человечество пересматривает свои отношения с Луной, куратор Национального музея авиации и космонавтики Тизел Мьюир-Хармони задается вопросом, может ли это стать поводом для размышлений.

Как рассказывает Мьюир-Хармони, увидев, как наша родная планета поднимается над лунным горизонтом, астронавт Аполлона-8 Уильям Андерс однажды заметил: «Мы проделали весь этот путь, чтобы исследовать Луну, и самое главное, мы открыли Землю. » Теперь, говорит она, «НАСА продолжает использовать слово «устойчивый» в отношении концепции базового лагеря, и мне интересно, может ли попытка использовать лунные ресурсы, чтобы сделать наше присутствие на Луне устойчивым, заставить нас по-другому думать об устойчивости нашего присутствия». здесь, на Земле».

Рекомендуемые видео

Где НАСА разместит базовый лагерь Артемиды на Луне?

Где лучше всего разбить базовый лагерь Артемиды? Исследователи нацеливаются на места, которые имеют длительный доступ к солнечному свету, прямую связь с Землей и пологие склоны, а также предлагают доступ к постоянно затененным областям, которые могут содержать водяной лед.
(Изображение предоставлено НАСА)

НАСА стремится создать аванпост с экипажем возле южного полюса Луны, называя его «нашим первым плацдармом на лунной границе».

Ингредиенты для этого лагеря, известного как Базовый Лагерь Артемиды , представляют собой негерметичный вездеход для перевозки астронавтов в костюмах по территории; герметичный вездеход, позволяющий совершать длительные походы вдали от заставы; и сама наземная среда обитания, в которой одновременно могут разместиться четыре человека.

Этот дом вдали от дома требует большого количества инфраструктуры, такой как связь, электроснабжение, радиационная защита, утилизация отходов и места для хранения. Планировщики НАСА говорят, что все эти жилищные тонкости необходимы для постоянного присутствия человека на луна , которую можно будет пересмотреть и построить в ближайшие десятилетия.

Поиск желаемой собственности на Луне сложен, но следует общему земному правилу: «место, место, место».

Связанный: Программа НАСА по исследованию Луны Артемида

Район Шеклтон-де-Жерлаш-Ридж представляет собой ценную недвижимость. В то время как ни одно место на Луне не остается постоянно освещенным, три точки на ободе остаются освещенными солнцем более 9 часов.0% года. Эти точки окружены топографическими впадинами, которые никогда не получают солнечный свет, создавая холодные ловушки, которые могут захватывать льды. (Изображение предоставлено JAXA/NHK/Paul Spudis)

Предполагаемые районы посадки

Планировщики миссии ищут места, которые обеспечивают легкий доступ к солнечной энергии, хорошую связь с Землей и скромные склоны, которые обеспечивают доступ к близлежащим постоянно затененным областям или PSR. в космосе говорят. Исследователи считают, что PSR, вероятно, содержат отложений водяного льда 9.0066 . Этот ресурс может быть извлечен и переработан в пригодные для использования предметы, такие как кислород, вода и ракетное топливо.

PSR — это области около северного и южного полюсов Луны, которые никогда не получают прямого солнечного света и, следовательно, являются чрезвычайно холодными, в диапазоне от примерно минус 415 градусов по Фаренгейту до минус 334 градусов по Фаренгейту (от минус 248 до минус 203 градусов по Цельсию).

Однако каково распределение и обилие водяного льда в этих местах? Достаточно ли этого и достаточно ли оно доступно, чтобы PSR можно было использовать в качестве «водопоев»? Это вопросы, на которые исследователям еще предстоит ответить.

Недавно была проделана интересная работа по поиску адреса базового лагеря Артемиды, но исследователи пытаются найти сайты, которые предлагают наилучшее сочетание атрибутов.

Связанный: Вода на Луне встречается чаще, чем мы думали, показывают исследования

Южный полюс Луны — одно из самых привлекательных мест во всей Солнечной системе. Эта мозаика получена с широкоугольной камеры на лунном разведывательном орбитальном аппарате НАСА. (Изображение предоставлено НАСА/Университет штата Аризона)

Сборник наблюдений

Холли Браун из Школы исследования Земли и космоса Университета штата Аризона (ASU). Она работает техником-исследователем Лунной разведывательной камеры, или LROC, мощной системы из трех камер, установленных на лунном разведывательном орбитальном аппарате НАСА (LRO), который вращается вокруг Луны с 2009 года.

Браун и его коллеги недавно указали на ресурсный потенциал лунных PSR, опубликовав свои выводы в майском номере журнала Icarus.

Они собрали наблюдения, указывающие на присутствие воды и других «летучих» молекул из 10 наборов данных дистанционного зондирования в 65 PSR, чтобы оценить местонахождение и массу отложений водяного льда. Их оценка обеспечивает рейтинг изменчивости PSR, оценку качества и тоннажа, что позволяет определить приоритетные области, в которых потенциально можно добывать водяной лед.

С 1998 года четыре лунных орбитальных аппарата — NASA Lunar Prospector, LRO, индийский Chandrayaan 1 и японский Kaguya — получили данные, характеризующие распределение водорода, гидроксила и воды вблизи лунных полюсов.

Кроме того, в 2009 году космический корабль НАСА для наблюдения и зондирования лунного кратера ( LCROSS ) предоставил прямые доказательства наличия холодных летучих веществ в южном лунном кратере Кабеус.

«Наша работа обеспечивает относительную оценку ресурсов на PSR и предназначена в качестве инструмента для руководства будущими миссиями, особенно орбитальными», — сказал Браун Space.com. «Мы выделили PSR, которые, вероятно, являются наиболее богатыми ресурсами, однако они не легкодоступны».

Возрастает потребность в сборе большего количества орбитальных данных о форме и структуре PSR, горизонтальном и вертикальном распределении летучих веществ и доступности этих ресурсов. Также важно продвигать и разрабатывать технологии, способные выдерживать суровые условия PSR. По словам Брауна, такая информация необходима до того, как высадившиеся миссии отправятся в эти труднодоступные места.

Она и ее команда определили восемь PSR с самым высоким ресурсным потенциалом. Они определили, что кратер Фаустини, ударная особенность, расположенная недалеко от южного полюса Луны, показывает самые явные признаки водяного льда на основе критериев исследовательской группы.

Группа также подсчитала, что кратер Хаворт на южном полюсе Луны имеет наибольшую толщину поверхностного инея. Кратер Кабеус, расположенный примерно в 62 милях (100 км) от южного полюса, имеет наибольшую предполагаемую массу подземных месторождений водорода. Наконец, ученые обнаружили, что подповерхностные ледяные отложения, вероятно, более обширны в пространстве, чем иней.

«Хотя в нашей статье мы определили PSR, которые имеют подходящие условия для исследования летучих веществ на месте, необходимо больше орбитальных данных, а также роботизированный и человеческий опыт на лунной поверхности, прежде чем можно будет уверенно выполнять приземляющуюся миссию в этих суровые условия», — сказал Браун.

Идеальные условия исследования для продолжительной деятельности на поверхности включают относительно плоские поверхности, солнечный свет для питания и прямую видимость связи с Землей — и все эти критерии должны быть соблюдены в пределах практического расстояния от отложений водяного льда.

НАСА и связанные с ним коммерческие группы планируют отправить автоматических посадочных модулей на южный полюс, которые, вероятно, приземлятся в самых привлекательных местах: районах, освещенных большую часть лунного года, сказал Браун.

Связанный: На что будет похожа жизнь на Луне (инфографика)

Художественная иллюстрация ShadowCam, прибора НАСА, разработанного Университетом штата Аризона, который будет летать на борту корейского лунного орбитального аппарата Pathfinder, недавно получившего название Danuri . (Изображение предоставлено Университетом штата Аризона)

Основная цель

«Район Шеклтон-де-Жерлаш-Ридж является главной целью», — сообщил Браун. Этот гребень между кратерами Шеклтон и де-Жерлаш представляет собой хорошо освещенную область, которая была определена НАСА как потенциальная посадочная площадка для будущих пилотируемых и роботизированных посадок, таких как Артемида-3, первая пилотируемая миссия агентства по высадке на Луну.0065 Программа Артемиды . Это приземление, намеченное на 2025 или 2026 год, станет первой посадкой на Луну с экипажем после Аполлона-17 в 1972 году. доступ к солнечной энергии и средствам связи с Землей, а также непосредственная близость к PSR, которые можно исследовать на наличие летучих веществ».

Край кратера де Жерлаш является наиболее перспективным местом для посадки. Этот участок имеет доступ к двум PSR с высоким потенциалом, имеет адекватный доступ к коммуникациям и близлежащим солнечным ресурсам, а также скромные склоны, пересекающие освещенную местность к предполагаемым отложениям водяного льда.

Факты о Луне: Интересная информация о Луне Земли

Соединенные Штаты не одиноки в своем желании создать исследовательскую базу на Луне. Китай и Россия обсуждают создание Международной лунной исследовательской станции на южном полюсе Луны, которая начнет работу в 2030-х годах. (Изображение предоставлено CNSA/Роскосмос)

Богатые данные

Если все пойдет по плану, у ученых будет много данных о том, где разместить лунные исследовательские аванпосты, в том числе обширный объект, который Китай намерен построить с помощью России. В ближайшие годы у Китая запланирована серия полетов на Луну, что приведет к строительству 9-го0065 Международная лунная исследовательская станция (ILRS) на южном полюсе Луны в 2030-х годах. Китай и Россия разрабатывали детали ILRS с прошлого года.

Ожидается, что ряд миссий космических кораблей НАСА добавит некоторые важные детали к текущему пониманию распределения полярных лунных летучих веществ. Миссии, которые будут запущены в ближайшее время, включают в себя карту Luna-H, лунный фонарик, лунный ледяной куб, летучих, исследующих полярный исследовательский вездеход или VIPER , эксперимент 1 по добыче льда в полярных ресурсах и лунный первопроходец.

Для полноты картины добавим планируемый запуск в конце этого года российской миссии «Луна-25» , роботизированного зонда для исследования южного полярного региона Луны. Луна 25 положит начало серии новых миссий Луны в недалеком будущем, если все пойдет по плану.

Подводное плавание с тенью

Другим предстоящим инструментом является ShadowCam, инструмент НАСА, разработанный ASU, который будет летать на борту корейского лунного орбитального аппарата Pathfinder, недавно получившего название Danuri. Данури — первая лунная миссия Корейского института аэрокосмических исследований, запуск которой запланирован на начало августа на борту SpaceX 9.0065 Ракета Falcon 9 .

ShadowCam будет оценивать детали в PSR. Он был разработан, чтобы быть более чем в 200 раз более чувствительным, чем предыдущие устройства формирования изображений, такие как камера с узким углом обзора, разработанная LRO.

Марк Робинсон из ASU является главным исследователем LROC и ShadowCam. Последний прибор предназначен для характеристики распределения и количества водяного льда на лунных полюсах.

Одной из научных целей миссии является предоставление подробной информации об опасностях и транспортной доступности в пределах PSR, чтобы облегчить будущие высадочные полярные исследования. «Набор данных ShadowCam, наряду с другими будущими наборами орбитальных данных, будет иметь неоценимое значение для определения будущих высаживаемых миссий и возвращения людей на Луну», — сказал Браун из ASU. Она добавила, что эти наборы данных понадобятся для принятия решения о том, где разместить лунные ресурсные аванпосты.

«Есть так много запланированных орбитальных и приземляющихся миссий на южный полюс, что мне трудно успевать!» — сказал Браун. «Но да, мы получим огромное количество данных о лунных полюсах и PSR в ближайшее десятилетие, и я очень этому рад».

Истории по теме:

Широкий консенсус

«Существует широкий консенсус в отношении того, что место на южном полюсе с почти постоянным солнечным светом рядом с PSR будет предпочтительным местом», — Ян Кроуфорд, профессор планетологии и астробиологии в колледже Биркбек. в Лондоне, сообщил Space.com.

По словам Кроуфорда, существует множество научных причин для возобновления исследования Луны роботами и людьми, от лунной геологии до астробиологии. «В идеале это будет включать в себя возможное создание исследовательских станций антарктического типа для поддержки крупномасштабных исследований», — сказал он.

Кроуфорд надеется, что можно будет избежать конкуренции за ограниченные ресурсы на южном полюсе Луны между США и их партнерами по Артемиде и китайско-российских усилий по ILRS. «Я думаю, что новой космической гонки следует избегать, если это возможно, хотя перспективы сотрудничества между крупными космическими державами в настоящее время не выглядят многообещающими.»

Возможности для сотрудничества, которые никогда не были сильны, в последнее время явно сильно сократились, сказал Кроуфорд. «Несмотря на нынешние трудности, я все еще думаю, что мы действительно должны стремиться к полностью международной лунной базе. Мое мнение об этом не изменилось за 20 лет». . Давний автор Space.com, Дэвид пишет о космической отрасли уже более пяти десятилетий. Следуйте за нами в Твиттере @Spacedotcom (открывается в новой вкладке) или Facebook (открывается в новой вкладке) .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Леонард Дэвид — отмеченный наградами космический журналист, который освещает космическую деятельность более 50 лет. В настоящее время Леонард пишет в качестве обозревателя Space Insider на Space.com среди других своих проектов. Он является автором множества книг об исследовании космоса, миссиях на Марс и многом другом, последняя из которых — «Лунная лихорадка: новая космическая гонка», опубликованная в 2019 году издательством National Geographic. Он также написал книгу «Марс: наше будущее на Красной планете», выпущенную в 2016 году National Geographic. Леонард работал корреспондентом SpaceNews, Scientific American и Aerospace America в AIAA. Он получил множество наград, в том числе первую премию Ордуэя за выдающиеся достижения в истории космических полетов в 2015 году на Мемориальном симпозиуме AAS Вернера фон Брауна. Вы можете узнать о последнем проекте Леонарда на его сайте и в Twitter.

Как построить лунную базу

В следующем году астронавт Матиас Маурер рассчитывает пройтись по поверхности Луны, но без хлопот полета на ракете, тошноты в невесомости и рискованной посадки. Вместо этого он прогуляется рядом с домом на зеленом лугу недалеко от Кельна, Германия, где будет размещен самый большой из когда-либо созданных макетов Луны. В яме искусственной лунной пыли площадью более 1000 квадратных метров Маурер и другие ученые будут прикреплены к системам кранов и шкивов, которые позволят им прыгать, как если бы они испытывали более слабую гравитацию Луны, и работать под регулируемыми лампами, которые имитируют освещение при различные лунные участки. Иногда они удаляются в жилые помещения в лунном стиле: соединенный с воздушным шлюзом модуль размером с грузовой контейнер.

Это захватывающая площадка для тестирования лунных технологий, говорит Маурер, руководитель проекта объекта стоимостью в несколько миллионов евро. Макет под названием LUNA формируется за пределами Европейского центра астронавтов в Кельне при финансовой поддержке Европейского космического агентства (ESA) и Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Но в свои 48 лет Маурер не знает, сможет ли он когда-нибудь применить свои навыки в настоящей статье. «Надеюсь, я доживу до выхода на пенсию. Технически я считаю вполне возможным, что я все еще буду ходить по Луне», — говорит он.

Оптимизм Маурера не так уж нелеп. Ему было всего два года, когда кто-то в последний раз по-настоящему посещал Луну: американский астронавт Юджин Сернан в последней миссии программы НАСА «Аполлон». Ни одно космическое агентство еще не выделило денег на отправку людей обратно. Но отчасти в результате смены политических приоритетов нарастает импульс для возвращения человека на Луну. Вместо того, чтобы повторно запускать миссии «Аполлон», космические агентства постепенно проникаются идеей создания устойчивого поселения.

Художественное представление макета Луны LUNA, который будет построен за пределами Кельна, демонстрирует искусственную поверхность реголита и управляемое освещение. Предоставлено: Европейский центр астронавтов/ESA

.

Исследователи наслаждаются идеей базы для проведения экспериментов на Луне и как способ испытать технологии для полета на Марс. Однако частные фирмы все больше соблазняются возможностью добычи кислорода и водорода, которые питают ракеты, из лунного льда. Если это удастся, то Луна может стать заправочной станцией, радикально сократив расходы на космические путешествия.

«Вода — это космическая нефть, и появляется все больше свидетельств того, что она присутствует в экономически жизнеспособных месторождениях», — говорит Джордж Сауэрс, авиационный ученый из Горной школы Колорадо в Голдене и ранее главный научный сотрудник United Launch Alliance, фирмы в Centennial, Колорадо, который предоставляет услуги по запуску для правительства США.

Космические агентства, как правило, неохотно предсказывают сроки создания пилотируемой лунной базы — отчасти потому, что цель лежит далеко за пределами их бюджетных горизонтов, но также потому, что это требует от бизнеса предоставления значительной части денег для различных этапов. Но генеральный директор ЕКА Ян Вернер в течение многих лет говорил о нескольких странах и компаниях, сотрудничающих в полупостоянном поселении, которое он называет «лунной деревней». Государственные СМИ также цитируют Национальное космическое управление Китая, заявившее, что его целью является создание базы на Луне, хотя оно не объявило, когда это может произойти.

Дизайн Ясека Кшиштофяка

Перспективы исследования Луны резко возросли в декабре прошлого года, когда в указе президента США НАСА было сказано переключиться с изучения астероидов на возвращение людей на Луну. С тех пор НАСА обратилось к компаниям с просьбой разработать технологию спускаемых аппаратов и наметило планы запросить миллиарды долларов в течение следующих пяти лет для новых программ поддержки исследования Луны, что в конечном итоге приведет к возвращению людей. «Это довольно радикальное изменение направления», — говорит Сауэрс. А в октябре этого года европейская инженерная фирма Airbus запустила конкурс под названием «Лунная гонка», среди сторонников которого есть ЕКА и американская космическая компания Blue Origin, которая обещает финансировать компании для разработки ключевых технологий для устойчивого освоения Луны.

В ближайшие несколько лет единственные миссии по посадке на Луну будут роботизированными: Китай и Индия запустят зонды в ближайшие три месяца, а Россия запланировала один запуск в ближайшие пять лет. Но НАСА, ЕКА и космические агентства России, Японии и Канады поддерживают идею строительства космической станции на орбите вокруг Луны к середине 2020-х годов. (В своем бюджетном запросе на 2019 год президент США Трамп предложил, чтобы НАСА потратило 2,7 миллиарда долларов США на проект в течение следующих 5 лет.) Этот орбитальный аппарат может стать базой для коротких многонедельных полетов с экипажем на поверхность Луны в герметичный вездеход, который Маурер называет «решением для кемпера». Наконец, может последовать мировое соглашение. «Я думаю, что 20 лет — это реалистичный срок для какой-то инфраструктуры лунной поверхности, населенной людьми или обслуживаемой людьми», — говорит Джеймс Карпентер, специалист по стратегии исследований человека и роботов в ЕКА в Нордвейке, Нидерланды.

Исследователи давно изучают способы добычи лунных ресурсов, но скорее в надежде, чем в ожидании. Теперь они наращивают технологию лунных поселений с искренним ожиданием того, что их работа может быть реализована. В то время как Маурер и другие сотрудники центра ЕКА LUNA практикуют жизнь и добычу полезных ископаемых на Луне, другие работают над тем, как выращивать продукты питания и строить защищенные от радиации убежища.

На июльской встрече в Европейском центре космических исследований и технологий ЕКА в Нордвейке, посвященной подготовке к будущим полетам человека на Луну, более 250 специалистов из научных кругов, горнодобывающей промышленности, металлургии, строительства и архитектуры представили свои идеи. «Если бы вы проводили тот же семинар пять лет назад, возможно, в нем участвовало всего несколько человек», — говорит Эйдан Коули, научный консультант Европейского центра астронавтов. «Аппетит действительно увеличился». Хотя лунной базы может и не быть, подготовка на Земле к жизни на Луне идет полным ходом.

Авторы и права: Изображение Луны, НАСА; Дизайн Ясека Кшиштофяка

Добыча воды

Первой задачей лунных поселенцев будет сбор воды. Миссии «Аполлон», которые собирали образцы с экватора Луны, предположили, что спутник сухой и бесплодный. Таким образом, открытие десять лет назад того, что на полюсах Луны есть участки водяного льда, «изменило правила игры», — говорит Роберт Мюллер, старший технолог Космического центра имени Кеннеди НАСА на мысе Канаверал, штат Флорида, который занимается разработкой технологий добычи на Луне.

На данный момент исследователи точно не знают, где находится лед, насколько он толстый, перемешан ли он с почвой или упакован в пласты. Индийский марсоход «Чандраян-2», запуск которого запланирован на следующий год, и российский спускаемый аппарат «ЛУНА-27», запуск которого запланирован на 2022 год, будут посвящены этим вопросам. У российского посадочного модуля будет двухметровая буровая установка, разработанная ЕКА, и лаборатория для изучения происхождения и количества лунной воды. НАСА также хочет охотиться за этой водой и поручило ряду компаний разработать лунные посадочные модули, которые будут нести инструменты для разведки, начиная со следующего года. Базе из четырех человек потребуется незначительное количество этой воды — возможно, десятки тонн в год, говорит Сауэрс, — а ее предостаточно. «Оценки, основанные на текущих данных, предполагают, что на один полюс может приходиться 10 миллиардов тонн», — говорит он.

Подавляющее большинство льда будет добывать топливо. Сауэрс подсчитал, что горнодобывающие компании могли бы получать прибыль, извлекая около 1000 тонн воды в год и подвергая ее электролизу на составляющие кислород и водород в качестве топлива. Низкая гравитация Луны означает, что запастись запасами для дальних космических путешествий оттуда будет намного дешевле, чем с Земли. Например, миссия по возвращению на Луну с дозаправкой на Луне будет стоить всего лишь одну пятидесятую от стоимости миссии, привозящей с собой все топливо с Земли.

Иллюстрация Мацея Рэмбиша; Дизайн Ясека Кшиштофяка

В августе ученые, используя данные индийского орбитального аппарата «Чандраян-1», обнаружили, что лед Луны лежит на ее поверхности, но в постоянно затененных кратерах с температурой -249 °C, что является естественным самым холодным местом, известным в Солнечной системе. Землеройным машинам потребуется тепло и энергия, чтобы высвободить воду и превратить ее в топливо. Поскольку батареи на основе плутония, использующие тепло, выделяемое при естественном распаде радиоизотопов, слишком дороги для большинства частных фирм, лунным разведчикам, вероятно, придется использовать энергию Солнца.

Они будут черпать вдохновение из южной Норвегии, где гигантские зеркала, установленные высоко на горе с видом на город Рьюкан, с 2013 года освещают солнечным светом участок центральной площади города, который в противном случае был бы серым и холодным всю зиму. Исследователи надеются сделать что-то подобное на Луне, говорит Сауэрс. По его словам, свет от высоких пиков можно было бы направить прямо в кратеры, где он нагревал бы лед и превращал его в пар. Оттуда сконденсированная вода будет доставляться на перерабатывающий завод и разделяться с помощью солнечной энергии на водород и кислород. Затем эти газы можно было бы хранить и либо использовать в качестве топлива, либо направлять через топливные элементы для подачи энергии.

Иллюстрация Мацея Рэмбиша; Дизайн Ясека Кшиштофяка

В качестве альтернативы марсоходы могли бы вычерпывать заполненную льдом почву и нагревать ее в печах, чтобы высвободить воду. Печи можно было бы питать по беспроводной сети, настроив мощные лазеры на фотоэлектрические элементы на марсоходе. Объект LUNA может проверить, как это будет работать в реальной жизни, с дополнительными проблемами, такими как лунная пыль в атмосфере, которая рассеивает лазерные лучи, говорит Леопольд Саммерер из ЕКА. По словам Маурера, ученые LUNA также заберутся в кратеры, похожие на живые, чтобы увидеть, насколько легко перемещаться по этим глубоким темным склонам.

Жизнь за счет земли

Если лед недоступен, на Луне есть альтернативный источник воды: ее почва, также известная как реголит. Реголит содержит кремнезем и оксиды металлов, что в среднем составляет 43% кислорода по массе, и он встречается повсюду на Луне. Кислород, полученный из почвы, мог бы питать интересные с научной или экономической точки зрения аванпосты далеко от полюсов и производить полезные побочные продукты, такие как редкие металлы.

Иллюстрация Мацея Рэмбиша; Дизайн Ясека Кшиштофяка; Источник данных: H. R. Fischer Аэронавт. Аэросп. Открытый доступ J. 2 , 243–248 (2018)

Реголит так просто не расстается со своими богатствами. Высвобождение кислорода из его химических связей более энергозатратно, чем нагревание льда. Теоретически реактор может использовать гигантские зеркала, чтобы направлять солнечный свет на печь размером чуть больше оболочки, нагревая лунную грязь до температуры более 900 °C, пока она не начнет светиться. При такой температуре водород или углерод, первоначально принесенные с Земли, могут отделить кислород от ее минералов и связать этот элемент вместе с водородом, образуя воду. Полевые испытания на моделируемом лунном реголите на Гавайях в 2010 году показали, что этот процесс осуществим, хотя работа в условиях низкой гравитации и вакуума не проверена. «По сути, это проверенная технология, и она будет готова к использованию в течение нескольких лет», — говорит Мюллер.

Исследователи надеются еще больше усовершенствовать процесс, чтобы сократить количество того, что необходимо привезти с Земли. В Миланском политехническом институте в Италии группа под руководством аэрокосмического инженера Мишель Лаванья разрабатывает прототип, который работает при более низких температурах и перерабатывает все входные данные — в данном случае метан и водород — так что почва является единственным расходным материалом. В настоящее время одному устройству могут потребоваться десятилетия, чтобы произвести достаточно воды, чтобы вернуть на орбиту один посадочный модуль типа «Аполлон». Но Лаванья говорит, что на Луне несколько реакторов могут работать параллельно. Около 600 000 евро (69 долларов США)2000) финансирования ЕКА, ее команда сейчас работает над демонстрационной установкой, которая будет достаточно мала, чтобы летать в задании.

Металлургическая фирма Metalysis в Ротерхэме, Великобритания, пытается извлечь кислород из твердых металлических руд, пропуская электричество через ванну с расплавленными солями, а не полагаясь на химическую реакцию. Технология, которую фирма впервые применила для создания высококачественных металлических сплавов для аэрокосмической промышленности, также может производить металл высокой чистоты для машин на Луне.

Поиск убежища

Если выяснится, что воду нельзя собирать для получения прибыли, аванпост, основанный на научных экспериментах, все равно будет развиваться, утверждает Маурер. «Без коммерческой перспективы это просто займет гораздо больше времени», — говорит он. «Мы можем оказаться в ситуации, похожей на исследования в Антарктиде, — движимые в основном чисто научным интересом».

Исследователи в восторге от экспериментов, к которым может привести возвращение на Луну, говорит Робин Кануп, планетолог из Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Отбор проб древних лунных кратеров может показать, как формировалась система Луна-Земля, когда ранняя Солнечная система находилась в состоянии постоянного движения, а астероиды обрушивались на спутник. Исследователи также хотели бы изучить круговорот воды на Луне и ее сейсмологию, а также установить защищенный от земных помех радиотелескоп, который мог бы изучать излучение ранней Вселенной.

Однако, в отличие от Антарктиды, лунные жители должны быть защищены от заряженных частиц радиации и крошечных метеоритов, которые падают из космоса, потому что на Луне почти нет защитной атмосферы или магнитного поля. По словам Маурера, первые плоские убежища, скорее всего, будут доставлены с Земли, но их нужно будет покрыть метрами песка или реголита.

Иллюстрация Мацея Рэмбиша; Дизайн Ясека Кшиштофяка

Одно решение естественно: использовать скалы, каньоны, пещеры и лавовые каналы — туннели, образовавшиеся в результате древней вулканической активности — для защиты жилых помещений. В прошлом году ученые, повторно проанализировав данные радара с орбитального аппарата SELENE японского космического агентства и измерения плотности, полученные с помощью миссии НАСА GRAIL, обнаружили туннель-кандидат, который, по-видимому, тянется на километры под холмами Мариус на ближней стороне Луны. На Земле исследователи уже практиковали управление марсоходами по лавовым трубам в Лансароте, на Канарских островах Испании, чтобы подготовиться к будущим исследованиям Луны.

Прототипы марсоходов проходят испытания на Канарских островах в Испании. Фото: Робби Шон/ESA

В нескольких сотнях метров от LUNA, в лаборатории DLR в Кёльне, Матиас Шперл тестирует другую идею — выращивание искусственного камня из реголита. В лаборатории Сперла луч интенсивного света, сфокусированный на пятне размером с монету, сплавляет шипящие листы порошка при обжигающей температуре 1100  °C. Со временем эти слои складываются в темно-серые зернистые кирпичи, как в процессе 3D-печати. На Луне солнечный свет можно было бы сконцентрировать, чтобы сделать то же самое, говорит Сперл, чей проект является частью RegoLight, сотрудничества стоимостью 1 миллион евро между DLR, бельгийской аэрокосмической компанией SAS и архитектурными и инженерными фирмами. Листы не соединяются идеально, но кирпич уже примерно в пять раз прочнее бетона и сравним с гипсом, говорит Сперл.

Проект Regolight использует интенсивный свет для спекания лунного реголита (на фото в центре) в гипсовые кирпичи (справа, изготовление за 30 минут). Кирпичи большего размера можно построить (слева, 3 часа), но материалы держатся хуже. Фото: DLR

Архитектурные фирмы Bollinger Grohmann Schneider и Liquifer Systems Group в Вене в апреле продемонстрировали, что, соединяя кирпичи в арки и купола, они могут создавать прочные конструкции. Сперл говорит, что они достаточно прочны, чтобы выдержать землетрясения на Луне и выдержать вес большего количества гравия, насыпанного для защиты. В настоящее время процесс изготовления одного кирпича занимает около 5 часов, но направление большего количества солнечного света может ускорить его, говорит он. Ученые в других местах изучают возможность создания убежищ путем сжигания реголита в микроволновых печах или связывания его вместе с материалами, привезенными с Земли, такими как полимеры.

Капустная диета

Ученые-растения также потратили много времени на размышления о последнем ингредиенте, необходимом для самоподдерживающейся лунной базы: пище. В рамках закрытой экосистемы растения будут перерабатывать органические отходы и превращать углекислый газ в кислород для дыхания. В мае китайские государственные СМИ сообщили, что добровольцы завершили рекордное 370-дневное пребывание внутри такой экосистемы, смоделированной базы, известной как Лунный дворец 1, в которой они выращивали урожай и разводили мучных червей для получения белка.

900:02 Астронавты на Международной космической станции (МКС) уже едят выращенный в космосе салат и другую листовую зелень. Программа НАСА, запущенная Космическим центром Кеннеди, известная как Veggie, помогла выбрать культуры, которые хорошо растут в ограниченном пространстве и содержат питательные вещества, которые больше всего разлагаются при хранении — витамины С1, К и калий. Кале — победитель. «Это электростанция, которая поражает все», — говорит менеджер проекта Veggie Трент Смит.

На Луне астронавты будут выращивать растения в воде под белыми и красными светодиодами, которые они смогут настроить, чтобы изменить минеральный и витаминный состав растений. В следующем году тесты ISS изучат, как меняется состав томатов в зависимости от освещения. Потребуются дополнительные исследования, чтобы установить, как лучше всего выращивать сельскохозяйственные культуры в смеси металлов реголита. «Мы хотели бы знать, что нужно для создания живой почвы из того, что по сути является космической пылью», — говорит Смит. Если растения могут расти в реголите, добавляет исследователь-вегетарианец Мэтью Ромейн, «внезапно это означает выращивание небольших фруктовых деревьев, а не только листовой зелени».

Иллюстрация Мацея Рэмбиша; Дизайн Ясека Кшиштофяка

«Если из-за опасностей люди смогут оставаться здесь только на короткое время и если они не смогут выращивать еду на месте, программа рухнет», — говорит Мюллер. Другой барьер может быть юридическим: в Договоре о космосе 1967 года, который подписали все основные космические державы, говорится, что ни одна страна не может «присвоить» какую-либо часть небесного тела. Сегодня большинство стран признают, что это не исключает добычи полезных ископаемых в космосе, говорит Димитра Стефуди, эксперт по космическому праву из Лейденского университета в Нидерландах. С 2015 года две страны, США и Люксембург, приняли национальные законы, разрешающие добычу полезных ископаемых в космосе для продвижения зарождающихся компаний. (Россия и Бельгия входят в число стран, которые утверждают, что горнодобывающая промышленность нуждается в новой международной структуре.) Но 19В договоре № 67 также говорится, что космическая деятельность должна быть на благо всех стран и человечества, поэтому фирмам по-прежнему необходимо будет найти способы поделиться ноу-хау и возможными выгодами от добычи ресурсов на Луне, говорит Стефуди.

В конечном счете, говорит Мюллер, создание лагеря на Луне, скорее всего, будет желанием, сдерживаемым не технологиями, а политической волей и экономикой. «Если мы сможем решить обе эти проблемы, я абсолютно уверен, что на Луне будет постоянное обитание».