Человек пришел на луну. Колонизация луны в теории

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.

Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе .

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

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 .

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.

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.

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. [ ]

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

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).

Людей всегда интересовал космос. Луна, находясь ближе всего к нашей планете, стала единственным небесным телом, на котором побывал человек. С чего начинались исследования нашего спутника, и кто одержал пальму первенства в приземлении на Луну?

Естественный спутник

Луна - небесное тело, веками сопровождающее нашу планету. Она не излучает свет, а только отражает его. Луна является спутником Земли, который ближе всего расположен к Солнцу. На небосводе нашей планеты она является вторым объектом по яркости.

Мы всегда видим одну сторону Луны из-за того, что вращение её синхронизировано с вращением Земли вокруг своей оси. Движется Луна вокруг Земли неравномерно - то отдаляясь, то приближаясь к ней. Великие умы мира издавна ломали себе голову над изучением её движения. Это невероятно сложный процесс, на который влияет сплюснутость Земли и притяжение Солнца.

О том, как образовалась Луна, ученые спорят до сих пор. Существует три версии, одна из которых - основная - была выдвинута после получения образцов лунного грунта. Её прозвали теорией гигантского столкновения. В основе лежит предположение, что больше 4 миллиардов лет назад столкнулись две протопланеты, а их отколовшиеся частицы застряли на околоземной орбите, образовав со временем Луну.

Другая теория предполагает, что Земля и её естественный спутник образовались благодаря газопылевому облаку в одно время. Сторонники третьей теории предполагают, что Луна возникла далеко от Земли, но была захвачена нашей планетой.

Начало исследования Луны

Даже в древние времена это небесное тело не давало покоя человечеству. Первые исследования Луны велись ещё во II веке до нашей эры Гиппархом, попытавшимся описать её движение, размеры и расстояние от Земли.

В 1609 году Галилей изобрел телескоп, и освоение Луны (хоть и визуальное) перешло на новую ступень. Стало возможным изучить поверхность нашего спутника, разглядеть его кратеры и горы. Например, Джованни Риччиоли это позволило создать одну из первых лунных карт в 1651 году. В то время и родился термин «море», обозначающий темные области поверхности Луны, а кратеры начали называть в честь известных личностей.

В XIX веке на помощь астрономам приходит фотография, что позволяет вести более точные исследования особенностей рельефа. Льюис Резерфорд, Уоррен де ла Рю и Пьер Жансен в разное время активно изучали лунную поверхность со снимков, а последний создал её «Фотографический атлас».

Освоение Луны. Попытки создания ракеты

Первые этапы изучения пройдены, и интерес к Луне становится все горячее. В XIX веке зарождаются первые мысли о космическом путешествии к спутнику, с чего и начинается история освоения Луны. Для такого полета нужно было создать аппарат, скорость которого была бы способна преодолеть гравитацию. Оказалось, что существующие двигатели недостаточно мощные, чтобы набрать необходимую скорость и поддерживать её. Сложности были также и с вектором движения аппаратов, так как после взлета они обязательно закругляли свое движение и падали на Землю.

Решение пришло в 1903 году, когда инженер Циолковский создал проект ракеты, способной преодолеть гравитационное поле и достичь цели. Топливо в двигателе ракеты должно было сгорать в самом начале полета. Так, её масса становилась гораздо меньше, а движение осуществлялось за счет освобожденной энергии.

Кто первый?

XX век ознаменовался масштабными военными событиями. Весь научный потенциал направлялся в военное русло, и с исследованиями Луны пришлось притормозить. Развернувшаяся в 1946 году холодная война заставила астрономов и инженеров вновь задуматься о космическом путешествии. Одним из вопросов в соперничестве Советского Союза и США стал следующий: кто же первый приземлится на поверхность Луны?

Первенство в борьбе за освоение Луны и космического пространства досталось Советскому Союзу, и 4 октября 1957 года был выпущен первый а через два года к Луне направилась первая космическая станция «Луна-1», или, как её называли, «Мечта».

В январе 1959 года АМС - автоматическая межпланетная станция - прошла около 6 тысяч километров от Луны, но приземлиться не смогла. «Мечта» попала на гелиоцентрическую орбиту, став искусственным Период её обращения вокруг светила составляет 450 дней.

Высадка на Луну не удалась, зато были получены весьма ценные данные о внешнем радиационном поясе нашей планеты и солнечном ветре. Удалось установить, что у естественного спутника незначительное магнитное поле.

Вслед за Союзом в марте 1959 года США выпустило Pioneer-4, который пролетел в 60 000 км от Луны, попав на солнечную орбиту.

Настоящий прорыв случился 14 сентября этого же года, когда космический корабль «Луна-2» совершил первое в мире «прилунение». Станция не имела амортизации, поэтому приземление было жестким, но знаменательным. Сделала это «Луна-2» около Моря Дождей.

Изучение лунных просторов

Первое приземление открыло путь дальнейшим исследованиям. Вслед за «Луной-2» была отправлена «Луна-3», облетевшая спутник и сфотографировавшая «темную сторону» планеты. Лунная карта стала более полной, на ней появились новые наименования кратеров: Жюль Верн, Курчатов, Лобачевский, Менделеев, Пастер, Попов и др.

Первая американская станция приземлилась на спутник Земли лишь в 1962 году. Это была станция Ranger-4, которая упала на

Дальше американские «Рейнджеры» и советские «Луны» и «Зонды» по очереди атаковали космические просторы, то совершая телесъемки лунной поверхности, то вдребезги об неё разбиваясь. Первой мягкой посадкой порадовала станция «Луна-9» в 1966 году, а «Луна-10» стала первым спутником Луны. Обогнув эту планету 460 раз, «спутник спутника» прервал связь с Землей.

«Луна-9» транслировала снимаемую автоматом телепередачу. С экранов телевизоров советский зритель наблюдал за съемкой холодных пустынных просторов.

США следовали тому же курсу, что и Союз. В 1967 году американская станция «Сурвейэр-1» совершила вторую мягкую посадку в истории космонавтики.

До Луны и обратно

За несколько лет советским и американским исследователям удалось достичь немыслимых успехов. Таинственное ночное светило много веков будоражило сознание как великих умов, так и безнадежных романтиков. Шаг за шагом Луна становилась всё ближе и доступнее для человека.

Следующей целью было не просто отправить на спутник космическую станцию, но и вернуть её обратно на Землю. Перед инженерами стояли новые задачи. Аппарат, летевший обратно, должен был войти в земную атмосферу под не слишком крутым углом, иначе он мог сгореть. Слишком большой угол, наоборот, мог создать эффект рикошета, и аппарат снова полетел бы в космос, так и не добравшись до Земли.

Сложности с калибровкой угла были решены. Серия аппаратов «Зонд» с 1968 по 1970 г. успешно совершала полеты с приземлением. «Зонд-6» стал испытательным. Он должен был исполнить проверочный полет, чтобы потом его смогли осуществить пилоты-космонавты. Аппарат облетел Луну на расстоянии 2500 км, но при возвращении на Землю парашют открылся чересчур рано. Станция разбилась, а полет космонавтов был отменен.

Американцы на Луне: первые лунопроходцы

Степные черепахи, вот кто первым облетел Луну и вернулся на Землю. Животных отправили в космический полет на советском корабле «Зонд-5» в 1968 году.

США явно отставали в освоении лунных просторов, ведь все первые успехи принадлежали СССР. В 1961 году президент Штатов Кеннеди сделал громкое заявление о том, что к 1970 году произойдет высадка на Луну человека. И сделают это американцы.

Для осуществления подобного плана требовалось подготовить надежную почву. Изучались снимки лунной поверхности, сделанные кораблями «Рейнджер», исследовались аномальные явления Луны.

Для пилотируемых полетов была открыта программа «Аполлон», которая пользовалась расчетами траектории полета к Луне, сделанными украинцем Впоследствии эта траектория была названа «Трассой Кондратюка».

«Аполлон-8» произвел первый пробный пилотируемый полет без высадки. Ф. Борман, У. Андерс, Дж. Ловелл совершили несколько кругов вокруг естественного спутника, сделав съемку местности для будущей экспедиции. Т. Стаффорд и Дж. Янг на «Аполлоне-10» осуществили второй полёт вокруг спутника. Космонавты отделились от модуля корабля и пребывали в 15 км от Луны по отдельности.

После всех подготовок, наконец, был отправлен «Аполлон-11». Американцы на Луне высадились 21 июля 1969 года возле Моря Спокойствия. Первый шаг совершил Нил Армстронг, за ним последовал Космонавты пробыли на естественном спутнике 21,5 часа.

Дальнейшие изучения

После Армстронга и Олдрина на Луну отправлялись ещё 5 научных экспедиций. Последний раз астронавты высаживались на поверхность спутника в 1972 году. За всю человеческую историю только в этих экспедициях люди высаживались на другие

Советский Союз не оставлял изучение поверхности естественного спутника. С 1970 года были отправлены радиоуправляемые «Луноходы» 1-й и 2-й серии. Луноход на Луне собирал образцы грунта и фотографировал рельеф.

В 2013 году Китай стал третьей страной, которая достигла нашего спутника, совершив мягкую посадку с помощью лунохода «Юйту».

Заключение

С давних времен являлся увлекательным объектом для изучения. В XX веке освоение Луны из научного исследования превратилось в разгоряченную политическую гонку. Для путешествия на неё было проделано немало. Теперь Луна остается наиболее изученным астрономическим объектом, на котором, к тому же, побывал человек.

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.

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.

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.

Развитие космической техники неизбежно приведет человечество к тому, что через несколько десятилетий понятие "ближний космос" будет включать и Луну. Вначале пилотируемые космические корабли и орбитальные станции перейдут на более высокие геостационарные орбиты и в окололунное пространство. А следующим шагом будет начало освоения Луны - создание на ее поверхности постоянно действующей обитаемой базы.

Геостационарная орбита - круговая экваториальная орбита, удаленная от поверхности Земли примерно на 35 800 км. Период обращения по такой орбите равен звездным суткам (23 часа 56 минут 4 секунды среднего солнечного времени). При этом условии угловая скорость ИСЗ относительно центра Земли равна угловой скорости вращения Земли - ИСЗ постоянно будет находиться над определенной точкой земного экватора.

Однако позволительно спросить: зачем людям нужна Луна? Какая от нее может быть польза?

В последние годы в хозяйственной деятельности человечества наметилась новая цель - изучение и использование внеземных природных ресурсов. Мы столкнулись с проблемой нехватки источников энергии, полезных ископаемых, запасов чистой пресной воды. Надо искать замену тому, что исчезает на нашей планете. И люди невольно обращают свой взгляд на Луну - ближайший объект в космическом пространстве. Близость Луны к Земле и ее доступность для новой космической техники позволяют вовлечь Луну в круг земных проблем.

Когда мы говорим о целесообразности использования ресурсов Луны, то это не только поиски и разработка ее полезных ископаемых. В соседнем мире мы не найдем богатых рудных месторождений, пластов каменного угля и, видимо, запасов нефти. Зато наш естественный спутник обладает многими другими важными потенциальными ресурсами, и по мере развития космонавтики люди непременно будут их использовать.
Высокий уровень индустриализации современного общества с каждым годом приближает нас к глобальной экологической катастрофе. Но как может помочь нам Луна, если на ней нет ни атмосферы, ни даже маленького озерца?

Конечно, никто не собирается возить с Луны воздух и воду. Но ведь можно вывезти с Земли на Луну нашу индустрию, особенно наши вредные радиоактивные и химические производства. Понятно, что для осуществления такой грандиозной промышленной перестройки земной цивилизации предстоит проделать трудный и сложный путь, и начало этому пути должно быть положено уже в первой половине XXI века.

Прежде чем устраивать на Луне поселения, необходимо подумать: как обеспечить ее жителей кислородом и водой? Как наладить добычу жизненно необходимых веществ на месте? Ведь не возить же все с Земли!

По имеющимся прогнозам, основные породообразующие минералы на Луне - пироксен, плагиоклаз, ильменит - содержат в среднем 40% кислорода. Вот они и должны послужить исходным материалом для получения кислорода. Технология получения кислорода из лунного грунта уже отработана в наземных лабораториях. В США разработан проект автоматизированного завода для промышленного производства кислорода на Луне. Производительность такого завода - до 1000 т кислорода в год.

Среди первоочередных задач, помимо создания на Луне запасов жидкого кислорода, стоит задача получения и накопления воды. Известно, что лунные породы обезвожены. Но не исключено, что в коре Луны содержится много воды в виде подповерхностных ледников. И вполне возможно, что открытые в последние годы так называемые лунные купола являются не чем иным, как гидролак-колитами - вершинами подлунных наледей. А пока этот вопрос будет выясняться, придется наладить производство воды на Луне химическим путем.

Потоки солнечного ветра (солнечных корпускул) и галактические космические лучи представляют собой почти чистый водород с примесью гелия. Расчет показывает, что за 1 млрд лет на каждый квадратный сантиметр лунной поверхности в виде корпускулярного излучения должно было упасть около 10 г водорода. Лунный реголит впитывает водород подобно тому, как губка впитывает воду. За всю историю существования Луны в ее поверхностном слое накопилось такое количество водорода, которое эквивалентно содержанию воды порядка 1 л в кубическом метре реголита.
Основной технологический процесс получения водорода из лунных пород - это их нагревание до высоких температур. Затем водород подается в установку, которая загружена кислородсодержащей породой, например ильменитом. Здесь он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего образуется водяной пар. Для получения воды пар охлаждают. Судя по земным экспериментам, выход воды при обработке 45 кг ильменита составляет 450 г.

Приведем еще один пример: в 20 кг лунной породы (реголита) содержится такое количество кислорода, которое вполне достаточно для дыхания одного человека в течение суток.

Из лунного грунта можно добывать и другие нужные химические вещества. Словом, запасы минерального сырья на Луне так велики, что со временем отпадет всякая необходимость в их доставке с Земли. Это позволяет надеяться, что Луна может быть успешно освоена и заселена людьми.

Проблема заселения Луны людьми - это прежде всего проблема строительства таких лунных жилищ, внутри которых были бы созданы земные условия. Они должны надежно изолировать людей от безвоздушного космического пространства, препятствовать резким колебаниям температуры, защищать от метеоритов и опасных излучений. Для этого жилые отсеки лучше всего помещать в специальные углубления, а сверху их засыпать толстым слоем лунного грунта.

Упрятанное от враждебной человеку космической среды, лунное жилище будет связано воздухопроводами с оранжереей, расположенной на поверхности Луны. Оранжерея тоже должна быть герметично изолирована от окружающего ее безвоздушного пространства. Она обильно облучается солнечными лучами, и произрастающие в ней растения очищают искусственную атмосферу от углекислоты и насыщают ее кислородом. Со временем на Луне будет налажено производство своих продуктов питания.

Надо подумать об источниках энергии для лунной базы. Главным направлением развития лунной энергетики должно быть использование солнечной энергии путем преобразования ее в электрическую. Прообраз таких установок - солнечные батареи, которые широко применяются на различных космических аппаратах.

Из-за отсутствия на Луне атмосферы на единицу ее поверхности приходится примерно в 3 раза больше солнечной радиации (лучистой энергии), чем на единицу поверхности Земли. Следовательно, в смысле облучения солнечными лучами поверхность Луны эквивалентна поверхности всех земных материков. И если бы удалось замостить какую-то ее часть полупроводниковыми фотоэлементами и найти способы передачи энергии на Землю, то Луна могла бы стать для нас, пожалуй, самой главной электростанцией. Правда, у такой электростанции есть существенный недостаток: она вырабатывает электрическую энергию только в дневное время.

Но есть и другие источники энергии, действие которых не зависит от времени суток, например ядерные энергоустановки. Решение энергетической проблемы человечество возлагает также на управляемые термоядерные реакции. Одна из таких реакций - слияние ядер дейтерия (тяжелого водорода) и изотопа гелия (гелий-3). Эта реакция совершается при малых затратах и почти полном отсутствии радиоактивных отходов, что исключает опасность радиоактивного заражения окружающей среды.

На Земле изотоп гелия встречается очень редко. Зато на Луне, приносимый солнечным ветром, он в течение 4 млрд лет впитывался в лунный грунт. Результаты лабораторного анализа лунного грунта показывают, что в поверхностном слое реголита накопилось порядка 1 млн т запасов гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на десятки тысяч лет не только для лунных поселений, но и для всего человечества.

Богатства Луны огромны! Надо только научиться их добывать и рационально использовать для развития лунной индустрии и энергетики. Когда Луна станет местом сосредоточения промышленности землян, наша голубая планета Земля превратится в подлинный оазис жизни.

В эпоху своего возникновения Луна находилась в несколько раз ближе к Земле, чем теперь, и гораздо быстрее вращалась вокруг своей оси. Гравитационное притяжение соседней Земли вызывало на расплавленной поверхности лунного шара сильные приливы. Под их воздействием Луна приняла несколько вытянутую форму, а когда она затвердела, форма ее так и осталась вытянутой.

Приливное трение постепенно замедляло скорость вращения Луны. Это происходило до тех пор, пока период вращения Луны вокруг оси не стал равен периоду ее обращения по орбите вокруг Земли. И теперь нам видна только одна сторона Луны.

Поскольку масса Земли в 81 раз больше массы Луны, то приливная сила, оказываемая Землей на Луну, гораздо больше, чем приливная сила, оказываемая Луной на Землю. Как известно, волны лунных приливов, надвигаясь каждый раз на восточные берега земных материков, создают силу приливного трения водных масс о твердое тело нашей планеты. В результате Земля замедляет свое вращение, а продолжительность суток постепенно возрастает. При сохранении скорости увеличения длины суток на 1,5 секунды за 100 тыс. лет уже в текущем геологическом периоде (через 10 млн лет) в земном году будет на одни сутки меньше.

Приливное взаимодействие в системе Земля-Луна приводит еще к тому, что наш спутник отходит от Земли все дальше и дальше. Вычисления показали, что это будет происходить до тех пор, пока продолжительность лунного месяца и земных суток не сравняются и не достигнут примерно 50-55 теперешних суток. Луна будет тогда находиться от Земли раза в полтора дальше, чем теперь, то есть примерно на расстоянии 600 тыс. км.

Приливная эволюция системы Земля-Луна совершается также под влиянием притяжения Солнца, но гораздо медленнее. Так, в результате приливного воздействия центрального светила период вращения нашей Земли должен увеличиваться до тех пор, пока он не станет равным годичному периоду обращения Земли. В таком положении, возможно, окажется планета Меркурий.

Постепенное удлинение земных суток вследствие солнечных приливов нарушит установившееся относительное равновесие в системе Земля-Луна. Луна станет приближаться к Земле. Расчеты показывают, что через многие миллиарды лет это сближение должно завершиться катастрофой.

Можно подумать, что Луна упадет на Землю, но до этого дело, видимо, не дойдет. Просто, когда Луна приблизится к Земле на запретное расстояние - достигнет так называемого предела Роша, ближе которого она не может сохранить устойчивую форму, наш естественный спутник будет разорван на части мощными земными приливными силами. Из множества лунных фрагментов вокруг Земли возникнет кольцо, похожее на кольцо Сатурна. Разрыв Луны произойдет примерно тогда, когда расстояние между центрами двух небесных тел (Земли и Луны) сократится до 18 тыс. км.

Восстановление эволюционного пути Луны проливает свет на ряд спорных моментов в прошлом и позволяет заглянуть в будущее Земли.

Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи - и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний.

Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.

Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2015 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.

Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа - больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.

Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.

На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.

Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.

Тепловая защита
Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий « », были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.

Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.

Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний - закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.

Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, - говорит Волкер. - Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».

Врезать или накрыть?
Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.

Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.

Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.

Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.

Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.

Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.

Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.

А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи - вроде литий-ионных - при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.

Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике - 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.

Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.

Спасибо за новость порталу