После перерыва, длящегося более полувека, человечество вновь стремится к Луне. В этот раз планы куда более масштабные – речь идет не о разовых полетах, а о создании баз, пригодных для постоянного проживания или регулярных посещений. О подобных намерениях заявили космические агентства США, ряда европейских государств, Китая, России и Южной Кореи. Однако возможности могут оказаться ограничены: подходящих для колонизации территорий, особенно на начальном этапе, насчитывается менее десяти.
Изучение Луны выходит за рамки только научных исследований, даже если они предполагают постоянное присутствие человека. Этот естественный спутник Земли может служить отправной точкой для космических аппаратов. По словам ведущего научного сотрудника Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, который поделился этим в беседе с корреспондентом «Научной России», освоение космоса, даже в пределах Солнечной системы, невозможно без добычи и переработки местных ресурсов, создания научных станций и строительства необходимой инфраструктуры Евгений Николаевич Слюта. В последние годы ученый проводит исследования лунных ресурсов, используя данные, полученные со спутников, и занимается разработкой оборудования для проведения геолого-геохимических и геофизических изысканий на космических объектах.
«Значительное влияние гравитационного поля Земли существенно затрудняет запуск ракет и, как следствие, ограничивает возможности для детального изучения близлежащих космических объектов и, особенно, для исследования дальнего космоса. Луна, в свою очередь, представляет собой исключительный объект, предоставленный человечеству для выхода в космическое пространство: ей способствуют более слабая, чем у Земли, гравитация (в шесть раз), отсутствие атмосферы и достаточное количество ценных ресурсов, необходимых для первоначального развития. Безусловно, все основные технологии, требующиеся для освоения планет Солнечной системы, будут тестироваться на лунной поверхности», ― сказал Е.Н. Слюта.
Два вида лунных ресурсов
Под космическими, или внеземными, ресурсами понимают природные объекты, явления и области, находящиеся в космическом пространстве за пределами земной атмосферы и представляющие потенциальную ценность для изучения, использования и освоения. Такое краткое неофициальное определение привел Е.Н. Слюта. Эти ресурсы разделяют на две категории.
К этой категории относятся сырье, материалы и компоненты, находящиеся в спросе на Земле, и извлечение, а также доставка которых является экономически оправданными. На данный момент Луна не располагает подобными ресурсами. Запасов редкоземельных металлов и элементов на Земле достаточно как минимум на ближайшие столетия. Разработка технологий их добычи и переработки за пределами Земли, строительство космических кораблей, сборка заводов на Луне и транспортировка сырья на Землю не представляются экономически выгодными. Значительный интерес вызывает только гелий-3 — стабильный изотоп гелия, который необходим для систем охлаждения квантовых компьютеров. На Земле гелия-3 практически отсутствует и производится путем распада искусственно полученного трития. Однако в лунном грунте достаточно этого изотопа, и компании уже вкладывают средства в создание технологий, которые позволят доставлять гелий-3 на Землю.
Вторая группа ресурсов, представляющих интерес для освоения Луны, включает в себя то, что можно использовать непосредственно на месте: солнечную радиацию для получения энергии, летучие вещества, в том числе воду, и сам лунный грунт, который может служить строительным и защитным материалом. Технологии, позволяющие извлекать и применять на месте летучие компоненты и реголит, Е.Н. Слюта называет ключевыми в освоении Луны.
«Использование местных ресурсов – единственный экономически оправданный способ освоения Луны. Аналогичная ситуация возникала, когда человек заселял необитаемые и труднодоступные уголки Земли, такие как Сибирь и Арктика: освоение всегда предполагало использование доступных ресурсов. Особенно важные ресурсы, необходимые уже на начальном этапе, – это газы и вода. Так, продолжительность экспедиций в рамках программы “Аполлон” определялась объемами воды и кислорода, которые астронавты перевозили с собой. Поэтому, если мы планируем постоянное присутствие на поверхности Луны, необходимо разработать способ обеспечения себя летучими компонентами на месте. Еще в конце прошлого века ученые рассчитали: для годового обеспечения человека их требуется относительно небольшое количество – порядка 800–900 кг.
В качестве основного строительного материала может использоваться исключительно лунный грунт. Этот материал обладает исключительными теплозащитными, физико-механическими и радиационно-защитными характеристиками. На Земле не существует его аналогов, и даже полный аналог не поддается искусственному созданию. Возможна разработка материала, воспроизводящего лишь некоторые свойства, например, физико-механические характеристики для испытания космической техники. Подобные исследования проводились в ГЕОХИ РАН. Достаточно всего одного метра лунного грунта, чтобы обеспечить полную теплоизоляцию лунной постройки от суточных колебаний температуры на поверхности, достигающих 300 °C, и уменьшить воздействие космической радиации до уровня, безопасного для космонавтов. А использование двух-трех метров лунного грунта позволит обеспечить безопасное пребывание человека на Луне в течение десятилетий, – сообщил Е.Н. Слюта.
В апреле 2020 года, в период своего первого президентского срока, Дональд Трамп заявил, что Соединенные Штаты не считают космическое пространство всеобщим достоянием и не признают Соглашение о деятельности государств на Луне и других небесных телах (1979). Этот документ утверждает, что Луна и ее природные ресурсы являются общим наследием всего человечества. Таким образом, была инициирована коммерческое состязание за лунные ресурсы, что стало стимулом для частных компаний в разработке технологий, необходимых для освоения Луны.
На Луне мало места для человека
Наиболее дефицитным ресурсом на Луне является не кислород и не вода, а подходящая площадка для возведения базы. Несмотря на то, что общая площадь поверхности составляет приблизительно 38 млн км 2, общая площадь пригодных участков, соответствующих установленному комплексу требований, сопоставима с объединенной территорией Северной и Южной Америки, и их насчитывается всего три-четыре на каждом полюсе.
«На протяжении длительного периода исследователи были уверены в достаточности пространства на Луне для всех нужд. Однако, в последние годы были выявлены требования, которым должны соответствовать места для комфортного размещения лунных станций, обитаемых баз и испытательных полигонов, ― отметил Е.Н. Слюта. — Для безопасной установки требуемой инфраструктуры требуется значительная по площади и ровная территория, приблизительно 100 километров 2, приблизительные размеры зоны размещения объектов составляют около 10 × 10 км, что позволяет обеспечить безопасность и разместить их в пределах одного рабочего дня от основного жилого комплекса. Это связано с тем, что при посадке на Луну частицы реголита распространяются от ракетных выхлопов по баллистической траектории. Безопасным считается расстояние, соответствующее теоретическому горизонту на Луне – около 2,4 км. Таким образом, вся жилая, научная и ресурсная инфраструктура должна располагаться за пределами этого радиуса».
Научная станция также должна быть размещена на заметном расстоянии от жилых модулей, энергетических и добывающих комплексов. Анализ данных, полученных в рамках программы «Аполлон», продемонстрировал, что близость человека, космических аппаратов и систем жизнеобеспечения оказывает негативное влияние на качество получаемых научных данных. Кроме того, в районе базы необходима выступающая местность для размещения ретранслятора, гарантирующего постоянную связь с Землей, а также зоны с достаточными запасами легкодоступных летучих веществ, в первую очередь водяного льда.
Существует значительное количество требований, которые необходимо выполнить на участке, расположенном вблизи северного или южного полюса Луны (южный полюс предпочтительнее с учетом особенностей рельефа). В некоторых зонах полярных областей продолжительность дня и ночи может достигать девяти к одному, что обеспечивает стабильное поступление энергии от солнечных батарей. Также стоит отметить, что температура поверхности в освещенных зонах полюсов в целом сопоставима с земной и может колебаться в пределах от −50 до −90 градусов оC.
«Крупнейшие космические державы проявляют интерес к созданию своей инфраструктуры в районе южного полюса Луны. Однако подходящих мест не так много, среди них есть один наиболее благоприятный и несколько менее удачных. Страна, которая получит доступ к этому участку, получит стратегическое преимущество на длительный срок: оптимальное расположение инфраструктуры существенно сокращает затраты на ее эксплуатацию и доставку грузов. Таким образом, территория остается ключевым активом и является главной движущей силой текущей лунной гонки», — заключил Е.Н. Слюта.
Россия в лунной гонке
В рамках российской космической программы на следующие десять лет пилотируемые миссии на Луну не запланированы. Как сообщил в беседе с корреспондентом «Научной России» научный руководитель ИКИ РАН, академик Лев Матвеевич Зеленый оценивал существующую ситуацию как продолжение лунного противостояния США и СССР во второй половине ХХ в.: тогда остро стоял вопрос, кто должен быть лидером в освоении космоса ― человек или робот. Научные результаты, полученные американскими астронавтами и отечественными автоматами, Л.М. Зеленый называл соизмеримыми.
В настоящее время эта гонка продолжается, однако на качественно новом технологическом уровне. При этом сам человек и трудности, связанные с его нахождением в космосе, не изменились, но за пять десятилетий, прошедших с момента последней высадки, существенно расширились технические возможности. Специалисты ГЕОХИ РАН создали проект трех луноходов различной специализации (каждый предназначен для решения определенных задач), которые планируется отправить в рамках последующих миссий. По сути, это подход к геологической съемке и разведке, который успешно применяется на Земле.
Первый луноход, представляющий собой тяжелого робота-геолога, согласно разработанному проекту, может преодолеть расстояние более 500 километров, собирая по пути образцы грунта и данные геофизических исследований. Полученные материалы предполагается доставить на Землю, что позволит установить связь между конкретными участками местности и их ресурсами, а также составить карту распространения различных типов горных пород на Луне. Такую информацию Е.Н. Слюта называет бесценной, а пилотируемый полет на Луну, даже если единственной целью будет доставка образцов (без дополнительных исследований), ― уже целесообразным. Тяжелый луноход-геолог могут отправить на Луну через десять лет: президент РАН Геннадий Яковлевич Красников ранее рассказывал, что доставка робота планируется в рамках миссии «Луна-30», запланированной на 2036 г.
В рамках деятельности ГЕОХИ РАН реализуется еще один проект – создание среднего робота для поисковых и разведочных работ. Одной из ключевых задач этого робота станет изучение распределения, концентрации и химического состава летучих веществ, содержащихся в лунных ресурсах. По плану, такой луноход будет доставлен на Луну уже в 2034–2035 годах, что значительно опережает сроки доставки тяжелого лунохода. Третьим проектом является малый луноход-геофизик, предназначенный для детального исследования потенциальной площадки для будущей лунной базы, создание которой запланировано на более поздний срок.
Изображение на главной странице: ru.123rf.com / solerf