Проблемы освоения луны

Большинство мировых учёных сходятся во мнении, что колонизация Луны – лишь вопрос времени. Из века в век, из тысячелетия в тысячелетие человек шёл, плыл, ехал в неведомые дали. В незнакомых ему ранее местах он селился, начинал добывать ресурсы, охотиться, следом шли торговля и производство. Почему же с Луной должно быть иначе?

Луна – наш естественный спутник

Луна – естественный спутник планеты Солнечной системы Земля. Вращается она по орбите с радиусом около 400 тысяч километров, представляет собой почти идеальный шар диаметром порядка 3500 км.

Согласно самой популярной теории, более 4 миллиардов лет назад в результате столкновения только что сформировавшейся Земли с другой планетой, поменьше. В результате скользящего удара железные ядра обеих планет слились и достались Земле, а из более лёгких элементов, составлявших кору, выброшенных в космос, постепенно «слепилась» Луна. Поэтому лунный грунт небогат железом, другими тяжёлыми элементами, золотом, ураном, состоит он в основном из реголита. Грунт, похожий на лунный, легко получить в лаборатории, измельчив в мелкую пыль смесь песка и стекла.

Луна и Земля

На Луне в качестве мельницы выступают мельчайшие космические частицы, постоянно, на протяжении миллиардов лет, бомбардирующие поверхность.

Что мы там найдём?

Как известно, земляне уже успели побывать на Луне. И, учитывая, что с момента последнего визита туда астронавтов НАСА прошло порядка полувека, и технологии всё это время не стояли на месте, вопрос технической возможности отправки космонавтов на поверхность нашего спутника сегодня не стоит. Решаем сегодняшними научно-техническими возможностями так же и вопрос строительства постоянно действующей лунной базы. Вопрос в другом – в средствах.

Профинансировать такой проект не под силу в одиночку какой-либо фирме или корпорации, даже для целой страны, пусть такой мощной и богатой как США расходы по миссии влетят «в копеечку». Отсюда возникает вопрос: а зачем, собственно, тратить кучу финансовых средств и материальных ресурсов, времени, рисковать жизнями людей ради освоения Луны, какая от этого выгода человечеству?

Как показывают последние исследования, проведённые американскими аппаратами с лунной орбиты, в кратерах, расположенных в полярных районах, на дно которых никогда не проникает солнечный свет, скорее всего, имеются залежи водяного льда. А вода – это фактор, значительно облегчающий будущую колонизацию Луны. Запасы льда это: отсутствие необходимости завозить воду для нужд станции с Земли, кислород для дыхания и, наконец, водород – основной компонент топлива для ракет. Но это – то, что необходимо для жизнедеятельности колонистов, а что оттуда привезут они на Землю?

Изотоп Гелия «Гелий-3» — вот бонус и даже джек-пот будущих лунных поселенцев. Атом гелия с двумя протонами и одним (вместо традиционных двух) нейтроном. Лунный реголит за миллионы лет накопил большое количество этого изотопа, содержание его на Луне в сотни раз больше чем на Земле. Использование же Гелия-3 в получении энергии, по подсчётам учёных, могло бы обеспечить землян на несколько тысячелетий вперёд.

Что нужно преодолеть

Человеку, высадившемуся на поверхность Луны, необходимо будет решить сразу несколько проблем. Первая – . Наш спутник в отличие от Земли не имеет , поэтому весь солнечный ветер (α, β и γ − радиация) станет нещадно атаковать поселенцев. Лунные миссии, осуществлённые американцами, не были продолжительными и астронавты не получили чрезмерных доз радиации, другое дело постоянно действующая база. Выход видится в освоении лунных пещер – лавовых трубок, аналогичных земным.

Не совсем гостеприимны и климатические условия на Луне. Сколь-нибудь существенной атмосферы спутник Земли не имеет. Ночью грунт охлаждается до -200 °С, солнечная же сторона нагревается более чем до + 150 °С.

Лунная колония в представлении художника

Но эти проблемы люди научились преодолевать. А вот по настоящему сдерживают освоение спутника Земли с целью добычи топлива две проблемы. С одной стороны это отсутствие на Земле законченных и эффективных технологий получения энергии путём осуществления управляемой термоядерной реакции (термоядерная энергетика находится ещё в зачаточном состоянии). С другой стороны это колоссальная стоимость транспортировки добытого топлива космическими аппаратами.

Очевидно, что пока не произойдёт прорыва в области атомной энергетики и в области технологий космических полётов, освоение и колонизация Луны не будет иметь широких масштабов.

После первых успехов по изучению Луны (первая жесткая посадка зонда на поверхность, первый облет с фотографированием невидимой с Земли обратной стороны) перед учеными и конструкторами СССР и США, задействованными в «лунной гонке», объективно встала новая задача. Нужно было обеспечить мягкую посадку исследовательского зонда на поверхность Луны и научиться выводить на ее орбиту искусственные спутники.

Задача эта была непростой. Достаточно сказать, что Сергею Королеву, руководившему ОКБ-1, так и не удалось этого добиться. В 1963-1965 было осуществлено 11 запусков космических аппаратов (каждый удачно запущенный получал официальный номер серии «Луна») с целью мягкой посадки на Луне, и все они потерпели неудачу. Между тем, загруженность ОКБ-1 проектами была чрезмерной, и в конце 1965 года Королев был вынужден передать тему мягкого прилунения в КБ Лавочкина, которым руководил Георгий Бабакин. Именно «бабакинцам» (уже после смерти Королева) удалось войти в историю благодаря успеху «Луны-9».

Первая посадка на Луну

(Нажмите на картинку, чтобы посмотреть схему прилунения космического аппарата)

Вначале станция «Луна-9» 31 января 1966 года была доставлена ракетой на орбиту Земли, а затем с нее отправилась в сторону Луны. Тормозной двигатель станции обеспечил гашение посадочной скорости, а надувные амортизаторы защитили посадочный модуль станции от удара о поверхность. После их отстрела модуль развернулся в рабочее состояние. Полученные от «Луны-9» за время связи с ней первые в мире панорамные изображения лунной поверхности подтвердили теорию ученых о поверхности спутника, не покрытой значительным пылевым слоем.

Первый искусственный спутник Луны

Вторым успехом «бабакинцев», использовавших задел ОКБ-1, стал первый лунный искусственный спутник. Старт космического аппарата «Луна-10» состоялся 31 марта 1966 года, а успешный вывод на окололунную орбиту - 3 апреля. За более чем полуторамесячный период научные приборы «Луны-10» исследовали Луну и окололунное пространство.

Достижения США

Тем временем США, уверенно шедшие к своей главной цели - высадке человека на Луне, стремительно сократили разрыв с СССР и вырвались вперед. Пять космических аппаратов серии Surveyor совершили мягкое прилунение и провели важные исследования в местах посадки. Пять орбитальных картографов Lunar Orbiter составили детальную карту поверхности с высоким разрешением. Четыре испытательных пилотируемых полета космических кораблей Apollo, в том числе два с выходом на орбиту Луны, подтвердили правильность принятых при разработке и проектировании программы решений, а техника доказала свою надежность.

Первая высадка человека на луне

В экипаж первой лунной экспедиции вошли астронавты Нил Армстронг, Эдвин Олдрин м Майкл Коллинз. Космический корабль Apollo 11 отправился в полет 16 июля 1969 года. Гигантская трехступенчатая ракета Saturn V отработала без замечаний, и Apollo 11 отправился к Луне. Выйдя на окололунную орбиту, он разделился на орбитальный модуль Columbia и лунный модуль Eagle, пилотируемый астронавтами Армстронгом и Олдрином. 20 июля он прилунился на юго-западе Моря Спокойствия.

Спустя шесть часов после посадки, Нил Армстронг вышел из кабины лунного модуля и в 2 часа 56 минут 15 секунд по всемирному времени 21 июля 1969 года впервые в человеческой истории ступил на лунный реголит. Вскоре к командиру первой лунной экспедиции присоединился Олдрин. Они провели на поверхности Луны 151 минуту, разместили на ней атрибутику и научную аппаратуру, взамен загрузив в модуль 21,55 кг лунных камней.

Окончание «лунной гонки»

Оставив на поверхности посадочный блок, взлетная ступень Eagle стартовала с Луны и состыковалась с Columbia. Воссоединившись, экипаж направил Apollo 11 к Земле. Затормозившись в атмосфере со второй космической скоростью, командный модуль с астронавтами после более чем 8-суточного полета мягко опустился в волны Тихого океана. Главная цель «лунной гонки» была достигнута.

Обратная сторона луны

(Фотоснимок обратной стороны Луны с приземлившегося аппарата "Чаньэ-4" )

Это сторона невидимая с Земли. 27 октября 1959 года с лунной орбиты обратную сторону сфотографировала советская космическая станция "Луна-3", а спустя более полувека 3 января 2019 года китайский космический аппарат "Чаньэ-4" успешно приземлился на поверхность обратной стороны и прислал первый снимок с ее поверности.

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

Статья займет у вас 10 минут времени.

Бурное развитие космической техники позволяет думать, что колонизация космоса - вполне достижимая и оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта, 380 000 км) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские программы «Луна» и «Луноход», а несколько позже и американская программа «Аполлон» продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, 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, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.

Терраформированная Луна, вид с Земли

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; найдены залежи водяного льда.

Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, металлургии, 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.

Директор Института космических исследований РАН Лев Зелёный считает, что приполярные области Луны можно использовать для размещения российской или международной научной базы.

Гелий-3 в планах освоения Луны

В январе 2006 года Николай Севастьянов, бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия», официально объявил, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия-3 путем переработки лунного реголита. «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году (не успели), 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 «официального 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 не известно.

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.

Создание станции - не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 - это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа, а на Луне его - миллионы килограммов (по минимальным оценкам - 500 тысяч тонн). Гелий-3 нужен в ядерной энергетике - для запуска термоядерной реакции.

Учёные считают, что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах. Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года , по подсчётам учёных Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, 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 реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

На поверхности Луны (миссии Дип Импакт (КА), Кассини (КА), Чандраян-1) и под её поверхностью (миссия LCROSS) в районе полюсов обнаружена вода в виде льда, количество которого сильно зависит от освещенности Солнцем. Наличие воды очень важно для потенциальной лунной базы.

Лунные электростанции

Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7/10. Рассматривается возможность производства большого объёма электроэнергии, равного 1 ПВт. При этом стоимость лунного комплекса оценивается примерно в 200 трлн долл. США. В то же время стоимость производства сравнимого объёма электроэнергии наземными солнечными станциями - 8000 трлн долл. США, наземными термоядерными реакторами - 3300 трлн долл. США, наземными угольными станциями - 1500 трлн долл. США.

Практические шаги

Лунные базы в первой «Лунной гонке»

В ходе первой «лунной гонки» 1960-х годов (а также чуть ранее и позже) две космические сверхдержавы - США и СССР - имели планы сооружения лунных баз, которые не были реализованы.

В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon), а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна.

В первой половине 1970-х гг. под рук. академика В.П. Бармина московскими и ленинградскими учеными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А.И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей, был разработан проект лунной базы СССР «Звезда», который должен был быть реализован в 1970-х-1980-х гг. как развитие советской лунной программы, свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США.

В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и небезынтересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.

Авторы называют стоимость проекта равным четырём программам «Аполлон», а это примерно $550 млрд в ценах 2011 года. Учитывая, что время реализации программы предполагалось весьма значительным (10 лет), ежегодные расходы на неё составили бы около $50 млрд. Для сравнения можно указать на то, что в 2011 году затраты на содержание американских войск в Афганистане достигли $6,7 млрд в месяц, или $80 млрд в год.

Российская лунная программа XXI века

В 2007 году Россия объявила о возможности в случае финансирования как собственной или международной программы организации полётов на Луну с 2025 года и дальнейшем создании на ней базы.

В 2014 году стало известно о проекте концепции российской лунной программы, в которой предложены три этапа:

1 этап 2016-2025 годов. Предполагает отправку на Луну автоматических межпланетных станций «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28». Они должны будут определить состав и физико-химические свойства лунного полярного реголита с водяным льдом и другими летучими соединениями. Кроме того, задачей аппаратов станет выбор наиболее перспективного района в области Южного полюса Луны для будущего развёртывания там полигона и лунной базы.
2 этап 2028-2030 годов. Включает пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на её поверхность.
3 этап 2030-2040 годов. Включает высадку космонавтов в районе потенциального размещения лунного полигона и развёртывание первых элементов инфраструктуры из лунного вещества. В частности, предлагается начать строить элементы лунной астрономической обсерватории, а также объектов для мониторинга Земли.
К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых.

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 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 проникающей способностью, 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, что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10 % получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грея). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Отдельную проблему представляет лунная пыль. 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 не очевидна. Необходимость в больших количествах гелия-3 пока отсутствует. Наука ещё не смогла достичь контроля над термоядерной реакцией. Самым многообещающим проектом в этом отношении является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР, строительство которого предполагается закончить в 2018 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, что показывает опыт космического туризма на МКС, доходы от которого не покрывают и малой доли затрат на содержание станции.

Данное положение вещей приводит к тому, что высказываются предложения (см. Роберт Забрин «A Case for Mars») освоение космоса сразу начинать с Марса. Об этом можете почитать в другой статье — =)

Информация отобрана с Википедии.

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 советские и американские программы исследования Луны продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, 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, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.

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; найдены залежи водяного льда.

Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники , металлургии , 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.

Гелий-3 в планах освоения Луны

Создание станции - не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 - это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа , необходимый в ядерной энергетике для запуска термоядерной реакции . На Луне его количество оценивается в тысячи тонн (по минимальным оценкам - 500 тысяч тонн ). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, а в газообразном виде примерно в 1000 раз меньше, следовательно, 1 килограмм стоит более 20 миллионов долларов, а весь гелий - более 10 квадриллионов долларов (около 500 нынешних ВВП США).

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 (см. ITER). Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым , выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода , металлургия , создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ , межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Вода

Практические шаги

Лунные базы в первой «Лунной гонке»

В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon) , а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна .

В первой половине 1970-х гг. под рук. академика В. П. Бармина московскими и ленинградскими учёными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А. И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей , был разработан проект лунной базы СССР «Звезда» , который должен был быть реализован в 1970-х-1980-х гг. как развитие советской лунной программы , свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США.

Lunar Oasis

В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и интересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.

Лунные базы в «Лунной гонке» XXI века

К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых .

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 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 проникающей способностью, 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 , что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10% получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грея ). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Отдельную проблему представляет лунная пыль . 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 не очевидна. 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 (конец 2011 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР , строительство которого предполагается закончить в 2018 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, что показывает опыт космического туризма на МКС, доходы от которого не покрывают и малой доли затрат на содержание станции. [ ]

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

Фильмография

«Добыча полезных ископаемых на Луне» (англ. Mining the Moon ) - научно-популярный фильм, снятый Discovery в 2011 г.
«Луна 2112 » - художественный фильм о лунной базе, по сюжету базой управляет один человек, ведется добыча Гелия-3 .
«Железное небо » - художественный фильм о политико-социальных проблемах и гонке вооружений через призму коммерциализированной индустрии добычи Гелия-3

См. также

Примечания

Артур Кларк . Бросок на Луну
Лысенко М.П., Каттерфельд Г.Н., Мелуа А.И. О зональности грунтов на Луне // Изв. Всес.Геогр. Об-ва. - 1981. - Т. 113 . - С. 438-441 .
Академик Б. Е. Черток «Космонавтика в XXI веке»
Лунные полюса могут стать обсерваториями - ученый (неопр.) .

Продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, 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 первичным объектом для основания базы. 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, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.

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; найдены залежи водяного льда.

Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники , металлургии , 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.

Гелий-3 в планах освоения Луны

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 (см. ITER). Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым , выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода , металлургия , создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ , межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Вода

Лунные электростанции

Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7/10. Рассматривается возможность производства большого объёма электроэнергии, равного 1 Вт. При этом стоимость лунного комплекса оценивается примерно в 200 трлн долл. США. В то же время стоимость производства сравнимого объёма электроэнергии наземными солнечными станциями - 8000 трлн долл. США, наземными термоядерными реакторами - 3300 трлн долл. США, наземными угольными станциями - 1500 трлн долл. США .

Практические шаги

Лунные базы в первой «Лунной гонке»

Внешние изображения
Проекты лунных баз
	Эскиз процесса возведения лунной базы по проекту, разработанному инженерами компании Дженерал электрик

В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon) , а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна .

Lunar Oasis

В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и интересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.

Лунные базы в «Лунной гонке» XXI века

К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых .

Европейский проект

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 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 проникающей способностью, и защита от них является решаемой проблемой. Кроме того, данные частицы обладают низкой скоростью, а значит, есть время для того чтобы спрятаться в антирадиационные укрытия. Гораздо большую проблему представляет жёсткое рентгеновское излучение . Расчёты показали , что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10 % получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грея ). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Отдельную проблему представляет лунная пыль . 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 смертельной угрозой здоровью человека и может вызвать рак лёгких ).

Коммерциализация также не очевидна. 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 (конец 2018 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР , строительство которого предполагается закончить к 2025 году. После этого последует порядка 20 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, что показывает опыт космического туризма на МКС, доходы от которого не покрывают и малой доли затрат на содержание станции. [ ]

Фильмография

См. также

Примечания

Артур Кларк . Бросок на Луну
Лысенко М.П., Каттерфельд Г.Н., Мелуа А.И. О зональности грунтов на Луне // Изв. Всес.Геогр. Об-ва. - 1981. - Т. 113 . - С. 438-441 .
Академик Б. Е. Черток «Космонавтика в XXI веке» (неопр.) (недоступная ссылка) . Проверено 22 февраля 2009. Архивировано 25 февраля 2009 года.
Лунные полюса могут стать обсерваториями - ученый (неопр.) . РИА Новости (1 февраля 2012). Проверено 2 февраля 2012. Архивировано 31 мая 2012 года.
К 2015 году Россия создаст станцию на Луне , Kommersant.ru, 25.01.2006.
Christina Reed (Discovery World). The Fallout of a Helium-3 Crisis (неопр.) (19 февраля 2011). Архивировано 9 февраля 2012 года.
3D News. Колонизация Солнечной системы отменяется (неопр.) (4 марта 2007). Проверено 26 мая 2007.
Принесенные солнечным ветром (неопр.) . Эксперт (19 ноября 2007). Архивировано 9 февраля 2012 года.
Популярная механика. Лунная сенсация. (неопр.) . PopMech (25 сентября 2009).